b fh^ e c - derev-grad.ru...LZdbfb iZjZf_ljZfb fh]ml [ulv oZjZdl_jbklbdb LH , k\yaZggu_ k lhqghklvx i_j_f_s_gby jZ[hqbo hj]Zgh\ , dZq_kl\hf h[jZ[Zlu\Z_fuo ba^_ebc , mjh\g_f ^bgZfbq_kdbo

$Page 1: b fh^ e c - derev-grad.ru...LZdbfb iZjZf_ljZfb fh]ml [ulv oZjZdl_jbklbdb LH , k\yaZggu_ k lhqghklvx i_j_f_s_gby jZ[hqbo hj]Zgh\ , dZq_kl\hf h[jZ[Zlu\Z_fuo ba^_ebc , mjh\g_f ^bgZfbq_kdbo$
Утверждены

Приказом ВНИИНМАШ

от 9 февраля 1988 г. N 37

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО СТАНДАРТАМВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ПО НОРМАЛИЗАЦИИ В

МАШИНОСТРОЕНИИ (ВНИИНМАШ)НАДЕЖНОСТЬ В ТЕХНИКЕ

ПРОГРАММНЫЕ ИСПЫТАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ

РЕКОМЕНДАЦИИР 50-54-98-88

Группа Т59

ОКСТУ 0027

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ДАННЫЕ

Разработаны и внесены МВТУ им. Н.Э. Баумана.

Утверждены Приказом ВНИИНМАШ N 37 от 09.02.1988.

Исполнители: профессор, д.т.н. А.С. Проников (руководитель работы), доцент, к.т.н. В.С. Стародубов, к.т.н. В.В. Селезнева,к.т.н. В.М. Утенков, к.т.н. В.С. Иванов, к.т.н. Е.Л. Черняков, В.А. Харитонов, В.Б. Самойлов, Н.П. Спиренков, В.Б. Мещерякова.

Редактор Баринова Н.Д.

Разработаны впервые.

В данных рекомендациях рассмотрен комплексный метод испытания и диагностирования технологического оборудования (ТО)по выходным параметрам, который получил название программного, поскольку одной из основных его особенностей являетсяуправление ходом испытаний по программе, заложенной в ЭВМ и отражающей весь диапазон режимов и условий эксплуатации ТО сучетом вероятностной природы внешних воздействий, а также применения специальных нагрузочных устройств, управляемых отЭВМ.

Программные испытания проводятся для опытных образцов ТО, сложность применения которых обуславливается следующимифакторами:

стоимость высокопроизводительного автоматизированного технологического оборудования (особенно ТО с ЧПУ) возросла вдесятки и сотни раз по сравнению с ранее выпускаемыми универсальными образцами. В современном машиностроении частоприменяется уникальное ТО, доработка конструкции которого после начала эксплуатации затруднительна;

идет интенсивное обновление моделей ТО, в которых воплощаются последние достижения механики, материаловедения,электротехники и электроники, в результате новые конструкции сильно отличаются от существующих прототипов. В этих условияхтрудно использовать опыт эксплуатации действующих моделей, а времени для получения нового опыта нет;

требования к техническому уровню и качеству ТО растут, и необходимо целенаправленное изыскание любых резервов в этомнаправлении при освоении новых типов и моделей;

освоение новых производств должно идти высокими темпами, когда нет времени на доработку конструкции по результатамэксплуатационных наблюдений, а экономические потери от включения несовершенного ТО в производственные системы (например,ТО с ЧПУ в гибкие производственные системы) весьма велики.

При проведении программных испытаний ТО проверяется эффективность принятых при его проектировании конструктивныхрешений, выявляются наиболее эффективные пути достижения требуемого уровня качества и надежности и дается гарантия того, чтоданная модель ТО после внесения соответствующих исправлений может быть запущена в серийное изготовление с получением исохранением в процессе установленного срока эксплуатации заданных выходных параметров [1].

1. Общие положения________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

1.1. Программные испытания предназначены для оценки качества ТО по выходным параметрам, в том числе с учетом измененияпоказателей качества во времени, что характеризует его надежность. Данные испытания проводятся главным образом для опытныхобразцов нового ТО [1].

1.2. Объектом программных испытаний является технологическое оборудование в целом или его агрегаты (узлы), выполняющиесамостоятельные функции со своими выходными параметрами.

1.3. В настоящее время наиболее проработаны и применяются испытание и диагностирование отдельных узлов и агрегатов ТО ив меньшей степени оборудования в целом.

1.4. Основные требования к программным методам испытаний ТО следующие:

1.4.1. Нужно учитывать весь диапазон внешних воздействий и режимов работы, характерных для данного типа ТО.

1.4.2. Должны определяться полная номенклатура выходных параметров, характеризующих работоспособность ТО, иустанавливаться их допустимые значения.

1.4.3. Следует учитывать вероятностную природу действующих факторов, поскольку технологическое оборудование работаетпри различных режимах и в различных условиях эксплуатации.

1.4.4. Целесообразно применять тестовые методы диагностирования, которые позволяют получать обширную информацию о егосостоянии при различных спектрах действующих нагрузок. Для этой цели необходимо иметь соответствующие нагрузочныеустройства.

1.4.5. Следует применять методы прогнозирования для оценки возможных изменений параметров ТО в предполагаемыхусловиях эксплуатации. При этом учитывают, что форсирование испытаний для определения показателей надежности, как правило, неможет дать достоверных результатов, а ресурсные испытания при обычных режимах для многих видов ТО практически невыполнимыиз-за их длительности.

1.4.6. Необходимо в максимальной степени использовать ЭВМ для управления процессом испытания и прогнозированиявозможного изменения состояния ТО.

1.5. При применении программного метода испытания ТО проводятся комплексно, в автоматизированном режиме сприменением диагностических процедур и с оценкой начального качества и надежности ТО по его выходным параметрам.

1.6. Включение в испытания диагностирования и прогнозирования позволяет сделать данный метод более результативным, т.к.не только проводится констатация пригодности ТО для определенных условий работы, но и определяются те его характеристики,которые должны быть изменены, а также узлы и механизмы, которые снижают технические показатели ТО.

1.7. Прогнозирование возможного изменения выходных параметров ТО базируется на использовании физическихзакономерностей процессов, протекающих со средней скоростью (тепловые, деформации и др.), и медленно протекающих процессов(износ механизмов ТО), которые определяют происходящие необратимые изменения характеристик ТО. При этом исходнымиданными для оценки начального качества и надежности ТО являются, во-первых, результаты проводимых испытаний и, во-вторых,априорная информация о процессах и факторах, приводящих к изменению начальных характеристик ТО.

1.8. Реализация программного метода испытаний ТО осуществляется в условиях специально создаваемых испытательно-диагностических комплексов с применением на их базе мобильных средств эксплуатационной диагностики. На этом комплексе спомощью соответствующих нагрузочных устройств обеспечивается программное нагружение объекта испытания, имитация внешнихвоздействий, измерение необходимых параметров в процессе работы ТО, обработка информации на ЭВМ.

2. Измеряемые выходные параметры, показатели начального качества и надежности

2.1. Выходные параметры ТО, которые непосредственно характеризуют работоспособность, определяются его целевымназначением. Такими параметрами могут быть характеристики ТО, связанные с точностью перемещения рабочих органов, качествомобрабатываемых изделий, уровнем динамических воздействий, производительностью, КПД и др.

2.2. Номенклатура выходных параметров ТО и их допустимые значения устанавливаются стандартами и техническимиусловиями исходя из требований к назначению, точности функционирования и надежности ТО. Работоспособность ТО гарантируетсянахождением численных значений выходных параметров в установленных пределах.

2.3. Характеристикой качества ТО является соотношение областей состояний и работоспособности выходных параметров.Область состояний может определяться как в вероятностной трактовке (полная характеристика области состояний), так и приэкстремальных условиях (оценка границы области состояний).

2.4. Область состояний - это область, в которой с заданной вероятностью находятся значения регламентированных выходныхпараметров. В общем случае область состояний представляет собой многомерное пространство, поскольку для каждого ТОустанавливается ряд различных выходных параметров. Эти параметры должны находиться в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

2.5. Область работоспособности - область допустимых значений выходных параметров ТО.

________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

Если область состояний находится внутри области работоспособности, то ТО является работоспособным, если она выходит задопустимые пределы, то возникает вероятность параметрического отказа.

2.6. Основными выходными параметрами ТО служат характеристики заданных траекторий движения рабочих органов, несущихинструмент и заготовку, оценивающие точность и надежность осуществления данным ТО процесса обработки.

Характеристики точности траекторий определяются такими показателями, как точность положения траектории в выбраннойсистеме координат (величина отклонения от номинала в плоскости или пространстве), точность фиксации конца траектории(точность позиционирования рабочего органа), кривизна траектории, точность осуществления движения во времени,микроотклонения и др.

2.7. Если в качестве выходных параметров ТО принимаются КПД, мощность, динамические нагрузки, скорость перемещения идр., то эти параметры также могут быть представлены в виде некоторых функций (траекторий) в координатах "параметр-время" приданных условиях работы.

2.8. Стохастическая природа выходных параметров ТО связана с рассеиванием их начальных значений в силу различногокачества изготовления ТО, его работой при разных режимах, неоднородностью заготовок, случайными воздействиями окружающейсреды и т.д. Выходные параметры характеризуются законами распределения или их численными показателями (математическиможиданием, дисперсией и др.).

При представлении выходных параметров в виде характеристик траекторий последние образуют ансамбли (совокупности)случайных функций, причем каждая реализация ансамбля отражает работу ТО при данном режиме и внешних воздействиях, а еепоказатели определяют численные значения установленных выходных параметров.

2.9. В результате испытания и прогнозирования должны быть получены следующие показатели начального качества ипараметрической надежности ТО:

- численные характеристики областей состояний (размер каждой области, в которой с заданной вероятностью находятсярегламентируемые выходные параметры);

- запасы надежности для каждого из выходных параметров (отношение допустимых значений, определяющих областьработоспособности, к фактическим значениям, характеризующим размер области состояний);

- ресурс по выходному параметру при заданной вероятности безотказной работы ТО или вероятность его безотказной работы втечение заданного периода эксплуатации (например, до среднего или капитального ремонта).

2.10. На основе оценки начального качества ТО и его надежности должен быть получен сертификат (свидетельство) о состоянииТО, в котором указывается, при каких условиях эксплуатации достигаются заданные выходные параметры ТО, в течение какоговремени эксплуатации и с какой вероятностью числовые значения этих выходных параметров будут находиться в заданной областисостояний.

3. Методические основы и алгоритм программных испытаний

3.1. При проведении программных испытаний оценивается сопротивляемость ТО спектру внешних воздействий, отражающихэксплуатационные нагрузки, и выявляется область состояний для регламентированных выходных параметров.

3.2. Область состояний является комплексной характеристикой качества ТО, т.к. определяет его реакцию на внешние ивнутренние воздействия. Чем меньше область состояний по отношению к области работоспособности, тем выше начальное качествоТО, и чем медленнее по времени изменение области состояний, тем выше надежность ТО.

3.3. Проведение программных испытаний требует большого объема отдельных вычислений и циклов испытаний, их логическогопостроения, применения различных методов и моделей, использования целого ряда подпрограмм (как специальных, так истандартных), организации взаимодействия процессов испытания, диагностирования, обработки информации и вычисления.

3.4. Основным средством получения информации является испытательный стенд, с помощью которого в результате испытанияТО получают количественные характеристики контролируемых выходных параметров.

3.5. Укрупненный алгоритм программных испытаний приведен на рис. 1. Он отражает взаимодействие отдельных блоков,каждый из которых характеризует определенный этап испытаний или расчетов для получения информации, необходимой для оценкиначального качества и надежности ТО. Часть блоков связана с формированием значений входных параметров, которые будутварьироваться при испытании. К ним относятся величины и направления внешних сил (включая их динамические составляющие),скорости и характер перемещения узлов, тепловые воздействия на ТО и др. Если осуществлять на каждом цикле испытанияразличные сочетания этих параметров (по методу Монте-Карло или другим методам), то реакция ТО на эти воздействия даствозможность оценивать его выгодные параметры в вероятностном аспекте.

----------------------------------------------------¬

¦Банк данных (априорная и статистическая информация)¦

L------T-------------------T-------------------------


---------------¬ -------+-------¬ --------+-------¬ -----------¬

¦ Входные ¦ ¦ Условия ¦ ¦Износостойкость¦ ¦Требования¦

¦ данные ¦ ¦ эксплуатации ¦ ¦ пар трения ¦ ¦к выходным¦

L------T-------- L------T-------- L-------T-------- ¦параметрам¦

¦ ¦ ¦ ¦ машины ¦

\/ \/ \/ L-----T-----

---------------¬ ---------------¬ ----------------¬ ¦

¦Расчет законов¦<-+ Расчет ¦ ¦ Определение ¦ ¦

¦распределения ¦ ¦ внешних ¦ ¦закономерностей¦<--¬ ¦

¦ варьируемых ¦ ¦ воздействий ¦ ¦ изнашивания ¦ ¦ ¦

¦ параметров ¦ ¦ ¦ ¦ материалов ¦ ¦ ¦

L------T-------- L--------------- L-------T-------- ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦

\/ \/ ¦ ¦

------------------------¬ ----------------¬ ¦ ¦

---->¦Формирование комбинаций+------------>¦ Расчет износа ¦ ¦ ¦

¦ -->¦ значений варьируемых ¦ ¦ сопряжений ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ параметров ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ L------T----------------- L-------T-------- ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ \/ \/ ¦ ¦

¦ ¦ ---------------¬ ----------------¬ ----------------¬ ¦ ¦

¦ ¦ ¦Испытательный ¦ ¦Диагностические¦ ¦Прогнозирование¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ стенд +-->¦ сигналы ¦ ¦ изменения ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ выходных ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ параметров ¦ ¦ ¦

¦ ¦ L------T-------- L-------T-------- L-------T-------- ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ \/ \/ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ---------------¬ ---------------¬ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦Контролируемые+---+ ЭВМ ¦<----------- ¦ ¦

¦ ¦ ¦ параметры ¦ L---------T----- ¦ ¦

¦ ¦ ¦ машины ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ L------T-------- ¦ ----------------¬ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ Физико- ¦ ¦ ¦

¦ ¦ \/ ¦ ¦статистическое +--- ¦

¦ ¦ нет --------¬ ---------¬ ¦ ¦ моделирование ¦ ¦

¦ L-----+ n = N ¦ -->¦ Печать ¦ ¦ ¦ износа ¦ ¦

¦ L---T---- ¦ L--------- ¦ L---------------- ¦

¦ да ¦ ¦ ¦ ¦

¦ \/ ¦ ¦ ¦

¦ -------------+-¬ ¦ ----------------¬ ¦


¦ ¦Расчет показа-¦<------------- ¦Расчет областей¦ ¦

¦ ¦телей качества¦<---------------------+работоспособ- ¦<---------

¦ ¦и надежности ¦ ¦ности ¦

¦ L------T-------- L----------------

¦ ¦ ------------¬ да

¦ L----------->¦ Допустимо +-------------¬

¦ L-----T------ ¦

¦ ¦ \/

¦ ---------------¬ нет ¦ ----------------¬ ---------¬

¦ ¦ Ограничение ¦<---------- ¦ Сертификат +---->¦ Конец ¦

¦ ¦режимов работы¦ L---------------- L---------

¦ L------T-------- /\

¦ ¦ ------------¬ да ¦

¦ L----------->¦ Допустимо +--------------

¦ L-----T------

¦ ---------------¬ ¦

¦ ¦ Оптимизация ¦ нет ¦

L----+ параметров ¦<----------

¦ машины ¦

L---------------

Рис. 1

3.5.1. Для формирования значений варьируемых входных параметров используется априорная и статистическая информация оспектрах эксплуатационных нагрузок и условиях работы, характерных для данного типа ТО, которая хранится в банке данных.

3.5.2. Для расчета показателей начального качества и надежности ТО информация поступает двумя потоками. Первый потокинформации получают из испытательного стенда при испытании данной модели ТО.

Второй поток информации является результатом прогнозирования возможного изменения выходных параметровиспытываемого объекта при износе его базовых элементов и используется для расчета показателей надежности.

3.5.3. Для осуществления прогнозирования помимо специальных методов расчета необходимо иметь сведения о скоростяхизнашивания отдельных сопряжений. Эти значения получаются как на основе обработки эксплуатационных наблюдений за износомсопряжений у аналогичных моделей (прототипов разрабатываемой конструкции), так и с использованием специальных методовфизико-статистического моделирования износа.

3.6. В основу расчета показателей надежности должна быть положена модель параметрического отказа, отражающая процессизменения выходного параметра ТО при действии на него различных факторов.

4. Структура испытательно-диагностического комплекса

4.1. Общая структура испытательно-диагностического комплекса и основные взаимодействия его составных частей показаны нарис. 2.

--------------------¬ -----------------------¬

¦ Программные ¦ ¦ Априорная ¦

¦ нагрузочные ¦<--¬ ¦ информация ¦


¦ устройства ¦ ¦ ¦ ¦

L---------T---------- ¦ L-----------T-----------

¦ ¦ ¦

\/ ¦ \/

----------------¬ --------------------¬ ¦ -----------------------¬

¦Диагностические¦ ¦Испытываемый объект¦ L--+ ЭВМ: ¦

¦ сигналы ¦<-----+ (ТО) ¦<-----+управление испытанием,¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦обработка результатов,¦

¦ ¦ ¦ ¦ ->¦ прогнозирование ¦

L-------T-------- L--T------T------T--- ¦ L-----------T-----------

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ \/ \/ \/ ¦ ¦

¦ --------------------¬ ¦ ¦

¦ ¦ Датчики ¦ ¦ \/

¦ L---------T---------- ¦ -----------------------¬

¦ ¦ ¦ ¦Показатели начального ¦

¦ \/ ¦ ¦качества и надежности ¦

¦ -------------------------¬ ¦ L-----------------------

L----------->¦ Измерительный комплекс +--

L-------------------------

Рис. 2

Испытание идет в режиме автоматизированного эксперимента и состоит из последовательных циклов, число которых должнобыть достаточным для статистической обработки результатов. Под циклом понимается испытание ТО на одном из исследуемыхрежимов его работы.

4.2. Значения выходных параметров определяются при помощи измерительного комплекса и вводятся в ЭВМ.

В процессе испытания ЭВМ выполняет следующие функции:

а) обрабатывает и хранит результаты испытаний;

б) использует априорную информацию об эксплуатационных нагрузках и условиях эксплуатации, износостойкости материалов,применяемых для базовых элементов ТО, требованиях к показателям качества ТО, характерных для данной модели;

в) осуществляет программное управление режимами работы и специальными нагрузочными устройствами, включая имитациювнешних воздействий - изменение величины и направления сил, наложение спектра вибраций, управление тепловыми потоками и др.;

г) выполняет расчеты показателей начального качества и прогнозируемых показателей надежности ТО.

4.3. С помощью диагностической аппаратуры комплекса оценивается состояние отдельных элементов ТО, например по ихтепловым полям, виброакустическим сигналам и другим характеристикам.

Разработка при проектировании и встраивание диагностических средств (датчиков, преобразователей) позволитавтоматизировать процесс диагностирования ТО как при испытании опытного образца, так и при эксплуатации серийных моделей.

Анализ диагностических сигналов на ЭВМ позволяет судить о причинах отклонения тех или иных выходных параметров от ихноминальных значений.

4.4. Если испытание и прогнозирование выявили, что показатели качества не удовлетворяют техническим требованиям илинеобходимо получить более высокие показатели, то надо провести дополнительные испытания с целью более детальной оценкивклада отдельных элементов конструкции ТО и степени их влияния на формирование области состояний по лимитирующемувыходному параметру.

4.5. При программных испытаниях измерения выходных параметров производятся с применением как контактныхизмерительных средств, так и бесконтактным способом. Для измерения отдельных параметров (например, кинематических) может


использоваться система управления испытываемого ТО (например, система ЧПУ).

4.6. В процессе программных испытаний проводится комплекс различных измерений:

параметров линейных и круговых траекторий движения рабочих органов ТО, точности их позиционирования, точностивзаимного положения. Для этих измерений наиболее целесообразно применение приборов, использующих оптические принципыизмерения: автоколлиматоров, лазерных интерферометров, голографических приборов;

кинематических параметров - частот вращения, величин перемещения рабочих органов, линейных скоростей, ускорений,передаточных отношений;

нагрузок - рабочих усилий, сил и крутящих моментов в приводе, давлений в гидросистемах, напряжений в корпусных деталях,давлений в направляющих и др. Например, при испытании металлорежущих станков для измерения этих параметров широкоеприменение получили динамометрические столы и устройства для измерения сил резания. Различного рода первичныепреобразователи - тензорезисторные, пьезоэлектрические и другие широко используются для оценки сил по деформации упругихэлементов;

деформаций с оценкой жесткости элементов ТО. Служит для получения диагностических сигналов, позволяя выявить причиныотклонения выходных параметров и ту роль, которую играют деформации в суммарной погрешности работы ТО;

вибраций, когда определяются амплитуды, частоты, фазы колеблющихся элементов ТО, оцениваются их спектры,рассчитываются амплитудно-фазово-частотные и другие характеристики;

тепловых полей - температур в различных точках ТО, тепловых деформаций, изменения температуры смазки, колебаниятемпературы окружающей среды, что позволяет оценить причины тренда выходных параметров ТО и период их тепловойстабилизации. Для измерения температур используют различные термопары - терморезисторы (проводниковые иполупроводниковые). Для анализа всего теплового поля и его изменения обширную информацию могут дать тепловизоры. Ихвысокая чувствительность к инфракрасному излучению позволяет проводить измерения на расстоянии нескольких метров от объекта;

износа трущихся поверхностей при испытаниях на износостойкость, проводимых отдельно от собственно программногоиспытания, поскольку данная информация вводится непосредственно в ЭВМ для осуществления необходимых вычислений (см. блок-схему алгоритма на рис. 1);

энергетических показателей ТО и его элементов: мощности, коэффициента полезного действия, потерь на трение - дляполучения в ряде случаев дополнительных диагностических данных, характеризующих состояние объекта.

4.7. Измерение времени производится для рассмотрения динамической картины изменения состояния ТО. Переработкаинформации на ЭВМ осуществляется как в реальном масштабе времени, так и с последующей обработкой накопленных данных всоответствии с основной блок-схемой программного испытания.

При программном испытании широко используются коммутаторы для опроса первичных преобразователей (датчиков) вопределенной последовательности и через заданные интервалы времени.

4.8. При осуществлении процесса диагностирования большое значение имеет степень информативности того сигнала, которыйпоступает от соответствующего преобразователя. Различные диагностические сигналы несут неодинаковую по объему информацию,поэтому требуется оценить возможности сигнала и выбрать наиболее целесообразную его форму.

4.9. Значительно большую информацию, чем показания первичного преобразователя, несет сигнал в виде функциональнойзависимости. Такими сигналами будут, например, характер изменения тепловых полей объекта, изменения усилий или крутящихмоментов за цикл работы механизма, вибрации, возникающие в системе, и их амплитудно-частотные характеристики,виброакустические сигналы и т.п. Анализ этих функций, спектральный анализ процессов вибраций позволяют из одного сигналавыделить ряд составляющих, характеризующих состояние различных элементов или узлов ТО.

4.10. При каждом цикле программных испытаний необходимо создать ту комбинацию нагрузок и скоростей работы ТО, котораяопределена программой испытания.

4.11. Для создания рабочих нагрузок применяются программные нагрузочные устройства (ПНУ), управляемые по программе иимитирующие воздействия на ТО, возникающие в процессе его функционирования. Конструкция ПНУ не должна затруднятьосуществление рабочего цикла ТО.

Использование ПНУ позволяет сэкономить заготовки и инструмент, создать большую мобильность процесса испытаний иускорить его. Применение программных нагрузочных устройств не исключает контрольных проверок функционирования ТО нарабочих режимах.

4.12. Различные нагрузочные устройства в зависимости от метода создания сил (контактный и бесконтактный метод), отвозможности управлять величиной и направлением силы, создавать динамические составляющие нагрузки и других характеристикмогут обладать большей или меньшей степенью приспособленности к проведению программных испытаний (см. Приложение 4).

4.13. При программном методе испытаний управление нагрузками производится как в пространстве, так и во времени.

Изменение пространственной ориентации силы существенно влияет на выходные параметры ТО, т.к. в разных условияхэксплуатации рабочие нагрузки, реактивные силы и моменты, эпюры давлений на направляющих различны.

Управление силами во времени позволяет получать как статическое значение силы, так и ее динамическую составляющую.

4.14. При программных испытаниях осуществляется автоматизированное управление ПНУ по программе, заложенной в ЭВМ, сприменением обратной связи для контроля за отработкой программы нагружения. Накопление и хранение результатов испытания


производится в памяти ЭВМ с выходом данных на цифропечатающее устройство и дисплей.

4.15. Для имитации действия на ТО внешних тепловых потоков различной интенсивности и величины могут применятьсяспециальные тепловые ПНУ.

Действие внутренних источников тепла, как правило, создается работой ТО на исследуемых режимах.

5. Управление программным испытанием и программное обеспечение

5.1. Управление программным испытанием включает процедуры обработки информации, получаемой при испытании, расчетапоказателей начального качества ТО, прогнозирования его параметрической надежности, моделирования процессов и оптимизацииконструктивных параметров. Наличие больших потоков информации обычно связано с тем, что при испытании производитсяизмерение большого числа параметров, регистрация диагностических сигналов, осуществляется управление режимом работы объектаиспытания и программными нагрузочными устройствами.

5.2. В общем виде система управления испытанием с использованием ЭВМ включает ТО как объект испытания, комплектизмерительных преобразователей (датчиков), систему устройств связи с объектом (УСО) и центральную ЭВМ. При управлениииспытанием от ЭВМ управляющие сигналы проходят через цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) и поступают на устройствауправления режимами работы ТО и задания нагрузок и управляющих воздействий, которые имитируют внешние и внутренниепроцессы, происходящие в ТО.

5.3. Ввод данных, регистрация и наблюдение за ходом испытаний производится с рабочего места оператора, оснащенноговидеотерминалом. Вводимая и получаемая в процессе испытаний информация выводится на внешние носители (магнитные диски,магнитные и перфоленты, алфавитно-цифровые печатающие устройства и графопостроители).

5.4. При большой сложности автоматического управления программными испытаниями они могут проводиться в диалоговомили пакетном режиме. В режиме диалога на ЭВМ рассчитывается программа испытаний (режимы, длительность, количествоиспытаний и т.д.) и затем через АЦПУ вводятся данные, которые ЭВМ после испытаний обрабатывает и выдает в виде таблиц илиграфиков. В пакетном режиме ЭВМ связана одним или несколькими каналами (ввода-вывода) с испытательной установкой иосуществляет либо обработку данных эксперименте, либо управление ходом испытаний.

5.5. Для организации испытательно-вычислительного процесса помимо входных данных большое значение имеет информация,помещенная в банке данных управляющей ЭВМ.

5.6. Одним из основных вопросов управления испытанием является формирование сигналов управления на основе полученныхзаконов распределения входных параметров. Поскольку испытание состоит из N циклов (где N определяется из условийстатистической обработки информации и обычно находится в пределах 100 - 150), то необходимо формировать набор значенийвходных данных для каждого цикла.

5.7. При программных испытаниях можно применять два основных метода формирования входных данных (рис. 3), которыеопределяют характер и последовательность процедур при разработке программы испытания.

Первый метод


Второй метод


Рис. 3

5.7.1. При первом методе (см. рис. 3) процедура выбора значений варьируемых параметров для каждого цикла испытанийстроится по методу статистических испытаний (метод Монте-Карло), когда для каждого такого цикла выбираются (разыгрываются)фиксированные значения входных параметров с учетом их законов распределения. Полученные тем или иным способомпоследовательные комбинации входных (варьируемых) параметров преобразуются в сигналы управления программныминагрузочными устройствами, создающими имитацию рабочего процесса нагружения ТО и внешних воздействий на него.

В этом методе законы распределения f(Z) входных параметров преобразуются после испытания в законы распределения f(X)выходных параметров X.


5.7.2. Первый метод целесообразно применять при достаточно стабильных условиях эксплуатации ТО.

Если эти условия изменились или если надо оценить параметрическую надежность ТО при его работе в различных сферахэксплуатации, для каждого варианта надо проводить свой полный цикл испытаний.

5.7.3. Второй метод выбора значений варьируемых входных параметров (см. рис. 3) позволяет проводить полный циклиспытаний один раз и затем использовать полученные результаты для оценки выходных параметров при различных статистическиххарактеристиках входных данных.

Для этого выбор значений варьируемых параметров осуществляется на основе применения методов планированиямногофакторного эксперимента. При испытании ТО оценивается отклик системы на воздействие варьируемых параметров, чтопозволяет найти функциональную зависимость между ними и аналитически оценить влияние каждого из входных параметров.

5.7.4. Второй метод формирования входных данных имеет несомненное преимущество, т.к. позволяет сократить времяиспытаний в случае, когда надо оценить работоспособность ТО при различных условиях эксплуатации. Этот же метод может бытьиспользован и для определения области наиболее рациональной эксплуатации данной модели ТО. Однако он обладает меньшейточностью, поскольку оценивается отклик ТО не непосредственно на весь спектр воздействий (как при первом способе), а череззависимость, которая лишь с известной степенью приближения отражает реальные взаимосвязи.

5.8. При программном испытании в память ЭВМ вводятся как результаты измерения выходных параметров, так и значениядиагностических сигналов, обработка и анализ которых дают информацию о влиянии основных факторов на параметры ТО и служатосновой при оптимизации этих факторов.

5.9. Особенность управления программным испытанием заключается в том, что при всем разнообразии проводимых испытанийв их основе лежит единый алгоритм управления с определенными логическими связями и типовыми процедурами.

Это обстоятельство позволяет более широко применять модульный принцип на основе микропроцессорной техники, когдакаждый модуль занимается осуществлением отдельных функций общего алгоритма управления.

Другая особенность программного испытания состоит в возможности его проведения на разных уровнях, т.е. с большим илименьшим охватом всех процедур испытания и всех узлов ТО.

5.10. Прикладные программы полного цикла испытаний разрабатываются для осуществления следующих процедур (см. рис. 1).

5.10.1. Формирование входных данных - расчеты рабочих нагрузок, скоростей, других параметров и законов их распределения,формирование комбинаций входных и управляющих сигналов.

5.10.2. Обработка результатов испытаний и диагностирования - расчет регламентируемых выходных параметров, статистическаяобработка результатов испытаний, процедуры по расшифровке диагностических сигналов.

5.10.3. Прогнозирование потери начального качества из-за износа - обработка результатов физико-статистическогомоделирования износа, расчет износа сопряжений, определяющих работоспособность ТО, расчет влияния износа на выходныепараметры ТО, статистическая обработка результатов прогнозирования.

5.10.4. Расчет показателей начального качества и параметрической надежности - определение областей состояний иработоспособности, расчет запаса надежности, оценка вероятности безотказной работы и ресурса по параметру на основе моделиотказа, оценка основных факторов, влияющих на качество ТО.

5.10.5. Оптимизация параметров ТО - выбор оптимальных тепловых полей, технологических допусков, жесткости, режимовработы ТО, оценка эффективности мероприятий по повышению износостойкости механизмов.

В табл. 1 в качестве примера приведен перечень прикладных программ, необходимый для проведения полных программныхиспытаний металлорежущих станков.

Таблица 1

Перечень прикладных программ для проведения программного испытания металлорежущих станков

----T-------------------T----------------T------------------T--------------

N ¦ Подпрограмма ¦ Входные данные ¦ Результат ¦ Примечание

----+-------------------+----------------+------------------+--------------

1 ¦ 2 ¦ 3 ¦ 4 ¦ 5

----+-------------------+----------------+------------------+--------------

1. Формирование входных данных

1.1. Расчет рабочих Параметры Рабочие нагрузки Используются________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

нагрузок, скорос- обрабатываемых и перемещения формулы теории

тей перемещений деталей, в функции резания

и положений рабо- режимы их техпроцесса

чих органов обработки

---------------------------------------------------------------------------

1.2. Расчет законов Результаты 1.1 Законы распреде- Выборка дета-

распределения для ления в числовой лей должна

сил, действующих или аналитической быть предста-

на узлы станка, форме вительной

скоростей

перемещений и

положений узлов

---------------------------------------------------------------------------

1.3. Расчет законов Спектры внешних То же -

распределения воздействий

внешних воздейст-

вий - силовых

(динамических)

и тепловых

---------------------------------------------------------------------------

1.4. Формирование Законы рас- Значения комби- N должно быть

комбинаций значе- пределения наций варьируемых достаточным

ний варьируемых варьируемых параметров для для статисти-

параметров по параметров всех циклов ческой

методу Монте-Карло испытания обработки

---------------------------------------------------------------------------

1.5. Формирование Диапазон То же -

комбинаций значе- изменения

ний варьируемых и уровни

параметров с варьируемых

применением мето- параметров

дов планирования

эксперимента

---------------------------------------------------------------------------

1.6. Управление испыта- Значения Получение выход- Применяются

нием (программными варьируемых ных сигналов с подпрограммы

нагрузочными параметров испытательного 1.4 или 1.5

устройствами, стенда

режимами работы

станка)

---------------------------------------------------------------------------


2. Обработка результатов испытаний и диагностических сигналов

2.1. Расчет регламенти- Результаты Графическое Установленные

руемых параметров измерения изображение параметры

каждой траектории траекторий ансамбля траекторий

(включая ее графи- траекторий записываются

ческое изображение: в память ЭВМ

промежуточное - на (внешнее

дисплее, оконча- запоминающее

тельное - на устройство)

графопостроителе)

---------------------------------------------------------------------------

2.2. Статистическая Данные по Законы Стандартная

обработка резуль- N испытаниям распределения подпрограмма

татов N испытаний в памяти ЭВМ выходных

(при действии параметров

подпрограммы 1.4)

---------------------------------------------------------------------------

2.3. Расчет функции Данные испытаний То же -

отклика и законов из памяти ЭВМ

распределения и 1.2, 1.3

выходных параметров

(при действии

подпрограммы 1.5)

---------------------------------------------------------------------------

2.4. Оценка миграций То же Скорость -

центров группи- и параметры

рования траекторий. траекторий

Прогнозирование миграций

миграций с учетом

1.3

---------------------------------------------------------------------------

2.5. Оценка тепловых Результаты Параметры Оценивается

полей станка измерения тепловых полей влияние диа-

тепловых полей и динамика гностических

их изменения факторов на

во времени параметры

траекторий

---------------------------------------------------------------------------

2.6. Оценка деформаций Результаты Оценка жесткости То же

(статистических) измерения системы

элементов станка деформаций


---------------------------------------------------------------------------

2.7. Оценка геометри- Результаты Оценка параметров, "

ческих параметров измерений при влияющих на

станка сборке станка траектории

---------------------------------------------------------------------------

2.8. Виброакустическая Результаты Оценка -

диагностика измерений виб- высокочастотных

роакустических составлявших

сигналов траекторий

---------------------------------------------------------------------------

3. Прогнозирование потери начального качества из-за износа

3.1. Определение Результаты Аналитическая Используется

закономерностей физико- зависимость также инфор-

износа в функции статистического для скорости мация о ско-

режимов и моделирования изнашивания ростях изна-

эксплуатационных шивания пар

факторов из практики

эксплуатации

прототипов

---------------------------------------------------------------------------

3.2. Расчет износа Результаты 1.4 Форма изношенной Используются

сопряжений (1.5) и 3.1 поверхности формулы теории

(например, (направляющих) изнашивания

направляющих) для и ее изменение машин и

данной комбинации во времени механизмов

входных параметров

---------------------------------------------------------------------------

3.3. Расчет величины и Результаты 3.2 Значение скорости -

скорости изменения изменения

параметров параметра для

траектории при каждого цикла

износе сопряжений испытаний

---------------------------------------------------------------------------

3.4. Статистическая Результаты 3.3 Законы распре- Стандартная

обработка (из памяти ЭВМ) деления скоростей подпрограмма

результатов изменения

прогнозирования параметров

---------------------------------------------------------------------------

4. Расчет показателей начального качества

и параметрической надежности


4.1. Оценка параметров Результаты 2.2 Размеры области Область

областей состояний (или 2.3) состояний и ее состояний

испытываемого и 2.4 вероятностные определяется

станка характеристики для периода

непрерывной

работы станка

---------------------------------------------------------------------------

4.2. Расчет областей Требования Размеры областей Учитываются

работоспособности точности к работоспособности требования

для каждого обрабатываемым при различных нормативно-

из параметров изделиям. Дан- требованиях к технической

ные точности точности деталей документации

других компо-

нентов техноло-

гической системы

---------------------------------------------------------------------------

4.3. Расчет запаса Результаты 4.1 Значения запаса -

по надежности и 4.2 по надежности

для каждого для каждого

из параметров из параметров

---------------------------------------------------------------------------

4.4. Расчет показателей Результаты 4.1, Ресурс по точнос- Используется

параметрической 4.2, 3.4 ти при заданной модель пара-

надежности вероятности метрического

безотказной отказа

работы

---------------------------------------------------------------------------

4.5. Оценка основных Диагностичес- Ранжирование Осуществляются

факторов, влияющих кие сигналы основных диагностичес-

на качество станка и параметры факторов кие процедуры

траектории

---------------------------------------------------------------------------

5. Оптимизация параметров станка

5.1. Оптимизация Результаты 2.5 Рекомендации Проводится

теплового поля и 4.5 по измерению оценка пара-

теплового баланса метров области

станка состояний,

расчет и экс-

периментальная

проверка

---------------------------------------------------------------------------________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

5.2. Оптимизация Результаты 2.7 Допуски на точ- -

технологических и 4.5 ность и шерохо-

допусков на ватость поверх-

геометрические ности основных

параметры станка сопряжений станка

---------------------------------------------------------------------------

5.3. Оптимизация Результаты 2.6, Технологические Могут

по параметру 2.8 и 4.5 режимы обработки использоваться

жесткости для различных результаты

условий дополнительных

эксплуатации динамических

испытаний

станка

---------------------------------------------------------------------------

5.4. Оптимизация Результаты 1.2 Рациональные -

режимов обработки режимы обработки

и области эксплуа- для различных

тации условий

эксплуатации

---------------------------------------------------------------------------

5.5. Оценка эффектив- Результаты 3.4 Повышение ресурса -

ности мероприятий и 3.3 по точности при

по повышению модернизации пар

износостойкости трения

механизмов

---------------------------------------------------------------------------

6. Порядок проведения испытаний, оценка показателей качества

6.1. Последовательность этапов проведения испытаний определяется алгоритмом испытания (см. рис. 1). При подготовкеиспытаний необходимо обеспечить:

выбор выходных параметров ТО и установление допустимых пределов их изменения;

накопление банка данных по условиям и режимам эксплуатации ТО;

установление требований к параметрической надежности ТО и в первую очередь ресурсу по регламентированным выходнымпараметрам при заданной вероятности безотказной работы;

создание банка данных по износостойкости материалов и пар трения, лимитирующих работоспособность ТО.

6.2. Наиболее сложным является накопление данных по износостойкости материалов, поскольку теория изнашиванияматериалов в настоящее время позволяет лишь ориентировочно и не для всех случаев определить скорость изнашивания.

6.3. При решении задач прогнозирования протекания износа применительно к сопряжениям ТО необходимую информациюможно получить следующим образом:

создать банк данных по скоростям изнашивания аналогичных сопряжений у эксплуатируемого ТО. Для этого необходимопроводить регулярные наблюдения и измерения в процессе эксплуатации и ремонта ТО и обрабатывать полученную информацию поспециальной программе;

задаваться определенной износостойкостью (выбирать класс износостойкости) исходя из требуемого ресурса ТО. Выбранная________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

износостойкость должна быть гарантирована конструктивно-технологическими методами с тем, чтобы коэффициент износа непревосходил заданного;

применять специальные методы испытания на износ, которые позволили бы выявить зависимость скорости изнашивания отосновных факторов с тем, чтобы получить вероятностную характеристику коэффициента износа. Эти методы базируются напринципах физико-статистического моделирования [2].

6.4. Порядок подготовки и аттестации аппаратуры, применяемой при испытаниях, подготовка объекта, организация самогоиспытания должны подчиняться общепринятым правилам и нормативам.

6.5. Программный метод не отрицает испытания отдельных узлов и элементов ТО в соответствии с предъявляемыми к нимтехническими требованиями.

Однако положительная оценка компонентов сложной системы еще не означает, что система в целом также будетработоспособна.

Поэтому испытание ТО в целом для оценки его выходных параметров с учетом возможного диапазона эксплуатационныхвоздействий является основным завершающим этапом создания нового образца ТО.

6.6. Для уточнения и коррекции принятых предпосылок и выбранных контролируемых параметров с целью сократить доминимума объем основных испытаний при сохранении достоверности выводов и корректности выдвинутых ограничений проводятсяпредварительные испытания.

6.7. Предварительные испытания проводятся в полуавтоматическом или ручном режиме, без автоматизации эксперимента и безпрограммного нагружения, поскольку их цель заключается в проверке целесообразности принятых предпосылок. Они должныуточнить следующее:

есть ли необходимость оценивать при испытании всю номенклатуру установленных выходных параметров ТО или можноограничиться частью из них;

все ли диагностические сигналы несут необходимую информацию, нет ли избыточной информации, которая не используется дляоценки качества ТО;

достаточна ли точность используемой аппаратуры для достоверного суждения о полученных значениях выходных параметров;

возможно ли последовательное испытание отдельных узлов ТО, как это скажется на достоверности общих выводов.

6.8. После проведения предварительных этапов приступают к организации основных испытаний в соответствии с блок-схемойалгоритма (см. рис. 1).

6.9. Обработка результатов всех N циклов испытания ТО по выходным параметрам и расчет показателей качества производитсяв соответствии с алгоритмом и основными этапами процесса программных испытаний.

Наиболее характерна следующая последовательность измерений и расчетов.

6.9.1. В каждом цикле испытаний (всего N циклов) записываются показания K измерительных преобразователей (датчиков),каждый из которых регистрирует протекание некоторого процесса функционирования ТО в данных условиях работы. При этом от

каждого датчика записывается в память ЭВМ массив значений процесса , в результате получаем многомерный массив (K x n)членов.

6.9.2. По этим данным рассчитываются числовые значения для m установленных выходных параметров , которыехарактеризуют работу ТО при данном цикле испытаний.

6.9.3. При проведении всех N циклов накапливается массив значений для всех m выходных параметров, который подвергаетсястатистической обработке для определения области состояний каждого выходного параметра.

6.9.4. Рассчитываются показатели качества ТО из сравнения размеров областей состояния с допустимыми границами заданныхобластей работоспособности. Определяется прежде всего запас надежности по параметру или вероятность нахождения областисостояний внутри области работоспособности.

6.9.5. Прогнозирование длительности сохранения работоспособного состояния ТО производится на основе информации овеличине и скорости приближения границы области состояний к границе области работоспособности в процессе эксплуатации ТО.

Такое прогнозирование осуществляют при оценке надежности ТО по установленным выходным параметрам.

6.10. В табл. 2 приведен пример расчета показателей точности станка по результатам программного испытания дляпоступательного движения шпиндельной бабки при расточке отверстий. Точность является основным показателем качества станков.

Таблица 2

Оценка точности станка по результатам испытаний


--------------T----------T----------T------------------T------------------T-------------T-----------¬

¦ Выходной ¦Характе- ¦Требования¦ Область ¦Область состояний ¦ Запас ¦Примечание ¦

¦ параметр ¦ристика ¦к точности¦работоспособности ¦ по результатам ¦ надежности ¦ ¦

¦ станка ¦параметра ¦ изделия ¦ X ¦ испытаний ¦ X ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ i max +-----T-----T------+ i max¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ X ¦X ¦сигма ¦k = ------¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ i ¦ i ср¦ i¦ н i X ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ i ¦ ¦

+-------------+----------+----------+------------------+-----+-----+------+-------------+-----------+

¦X = X ¦Размах ¦Допуск ¦X = 0,033 мм ¦0,017¦0,015¦0,002 ¦ 1,75 ¦Допустимо. ¦

¦ 1 P ¦траекторий¦на диметр ¦ 1 max ¦ ¦ ¦ ¦ ¦Необходим ¦

¦ ¦ ¦(0,1 мм) ¦<*> ¦ ¦ ¦ ¦ ¦прогноз ¦

¦ ¦ ¦ ¦(30% от допуска) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ресурса ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦X = tg Бета ¦Наклон ¦Конусность¦X = 0,025 мм ¦0,020¦0,015¦0,001 ¦ 1,25 ¦ ¦

¦ 2 ¦траекторий¦(0,05 мм ¦ 2 max ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦на длине ¦(50% от допуска) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦100 мм) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦X = Дельта X¦Точность ¦Расстояние¦X = 0,075 мм ¦0,111¦0,070¦0,007 ¦ 0,90 ¦Необходимо ¦

¦ 3 ¦позициони-¦между ¦ 3 max ¦ ¦ ¦ ¦ ¦повышать ¦

¦ ¦рования ¦осями ¦(75% от допуска) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦точность ¦

¦ ¦ ¦(0,1 мм) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦позициони- ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦рования ¦

¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦X = a ¦Амплитуда ¦Шерохова- ¦X = 0,300 мкм¦0,270¦0,220¦0,030 ¦ 1,10 ¦Близко к ¦

¦ 4 w ¦высоко- ¦тость ¦ 4 max ¦ ¦ ¦ ¦ ¦предельному¦

¦ ¦частотных ¦(P = 0,32)¦(90% от допуска) ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

¦ ¦колебаний ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

L-------------+----------+----------+------------------+-----+-----+------+-------------+------------

--------------------------------

<*> Учитывается, что на точность диаметра влияет биение шпинделя.

6.11. Точность станка характеризуется выходными параметрами, оценивающими траекторию движения формообразующего узла

по точности размера , формы обработанной поверхности (отверстия ), взаимного положения обработанных поверхностей________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

(расстоянию между обработанными отверстиями ), а также шероховатости поверхности .

Допустимые значения этих параметров , определяющие область работоспособности, устанавливаются с учетом требованийк точности обработки, но уменьшаются по отношению к ним, поскольку в образование погрешности обработки свой вклад вносят идругие компоненты технологической системы.

Доля, которая приходится на станок, является результатом расчета точности обработки с учетом запаса на износ, поскольку приэксплуатации станок теряет свою точность.

6.12. В табл. 2 указаны принятые размеры области работоспособности . Учитывается, что в точность размераобработанного отверстия основной вклад вносит вращательное движение шпинделя, поэтому на долю поступательного движенияпринято 30% общего допуска. Конусность зависит только от поступательного движения шпиндельной бабки, а точностьпозиционирования - от точности фиксации стола по отношению к шпиндельной бабке после его перемещения на заданнуюкоординату. Шероховатость поверхности связана с амплитудой высокочастотных колебаний на частотах, которые выявляются приспектральном анализе процесса колебаний.

6.13. При обработке результатов испытания для каждого из установленных выходных параметров определяются: размер области

состояний - наибольшее значение выходного параметра, среднее значение (математическое ожидание) параметра и его

дисперсия (среднее квадратическое отклонение ).

6.14. Эти параметры получают в результате применения статистических методов обработки результатов испытания. Так, при

определении наибольшего значения параметра не учитываются случайные выбросы и оценивается достоверность полученного

значения. Величина необходима для непосредственного подсчета запаса надежности , а и могут быть

использованы для оценки возможностей по обработке более точных деталей. Кроме того, при отсутствии запаса надежности в ряде случаев требуется определить вероятность выхода параметра за заданные границы.

6.15. Для параметров, у которых , необходима разработка мероприятий по изменению конструкции соответствующегоузла или требований к качеству его изготовления для сужения области состояний по данному параметру.

6.16. При нахождении всех выходных параметров ТО в установленных пределах за основной показатель принимается

минимальное значение запаса надежности из всех определенных .

При эксплуатации ТО расходуется запас надежности по каждому из параметров, однако скорость этого процесса неизвестна.Поэтому возможен случай, когда большой запас надежности по параметру будет израсходован быстрее.

6.17. Изменение начальных выходных параметров ТО с течением времени связано с медленно протекающими процессами и, впервую очередь, с износом базовых элементов. Для оценки этих изменений необходимо осуществить прогнозированиепараметрической надежности испытываемого ТО.

7. Прогнозирование показателей параметрической надежности

7.1. На рис. 4 приведены основные этапы прогнозирования параметрической надежности ТО в условиях программногоиспытания в соответствии с общим алгоритмом испытания.


Рис. 4

7.2. Методический подход к этой проблеме рассмотрен на примере направляющих скольжения как наиболее типичного базовогоэлемента ТО, изменяющего свои параметры в процессе эксплуатации из-за износа трущихся поверхностей.

7.3. Знание физической закономерности процесса, изнашивания, которой подчиняются материалы сопряжений пары, являетсянеобходимым, но недостаточным условием для прогнозирования изменения выходных параметров ТО в процессе эксплуатации.

Необходимо иметь методы расчета износа сопряженных поверхностей механизмов различных конструктивных форм и оценкивлияния этого износа на выходные параметры ТО с учетом случайной природы процесса изнашивания.

7.4. Такие методы разработаны в теории надежности машин [2]. Можно выделить следующие основные этапы прогнозированиянадежности при программном методе испытания.

7.4.1. Варьируемые параметры, конкретные значения которых устанавливаются для каждого цикла испытаний, вводятся впринятый закон изнашивания. Это прежде всего давление на поверхности трения и скорость относительного скольжения.

Коэффициент износа берется из результатов испытания (физико-статистического моделирования) либо как детерминированнаявеличина (средняя, наибольшая), либо как случайная величина (разыгрывается в соответствии с ее законом распределения).

Дальнейшие расчеты производятся для этих установленных входных параметров по каждому циклу испытания.

7.4.2. На основании расчета определяется форма изношенных поверхностей трения U(X) и износ всего сопряжения [2].Например, для направляющих скольжения это прежде всего форма изношенных поверхностей направляющих станины, по которымперемещается стол или суппорт ТО. Характер этой изношенной поверхности U(X) определяет скольжение при движении стола,которое изменяется во времени в зависимости от скорости изнашивания сопряжения .

7.4.3. Знание формы изношенных поверхностей даст возможность рассчитать величину и скорость изменений координаттраекторий опорных точек данного узла. Например, для суппорта токарного станка форма изношенных поверхностей направляющихскольжения станины повлияет на отклонение от номинала траектории опорной точки, совпадающей с вершиной резца.

7.4.4. Если известно изменение формы траектории опорной точки, то можно определить и величину или скорость изменений установленных выходных параметров X, поскольку они зависят от положения или формы траектории. В результате для каждого

выходного параметра X получим при данном n-ом цикле испытаний одно расчетное значение скорости изменения параметра ,которое соответствует принятой комбинации входных параметров.

Повторяя эти расчеты для всех N циклов, получим гистограмму распределения (которую можно аппроксимировать тем или

иным законом распределения ), т.е. характеристику как случайной величины.

7.5. После проведения всех процедур будут накоплены необходимые данные для расчета надежности ТО по выходнымпараметрам: а) область состояний и ее вероятностные характеристики для нового ТО, полученные в результате испытания; б)вероятностные характеристики изменения выходных параметров, найденные путем расчета.

7.6. Одна из распространенных моделей параметрического отказа основана на линейном изменении выходного параметра во

времени t со средней скоростью в предположении нормального распределения скорости процесса и начальных параметров ТО.


В этом случае вероятность безотказной работы P(t) за период T может быть рассчитана по формуле [2]:

, (1)

где 0,5 <= Ф <= 1 - функция Лапласа;

- предельно допустимое значение параметра (граница области работоспособности);

- математическое ожидание значения выходного параметра для нового ТО;

и - средние квадратические отклонения соответственно для значения параметра a и для скорости его изменения .

7.7. Рассмотрим пример расчета показателей надежности станка по результатам программного испытания для поступательногодвижения шпиндельной бабки расточного станка (см. табл. 2) и прогнозирования изменения параметров траектории по методике,

изложенной в [1]. В табл. 3 приведены данные испытания, взятые из табл. 2 с учетом того, что параметр = a практически не будетизменяться при износе направляющих. Кроме того, по результатам испытания была выявлена необходимость повышения точности

позиционирования, т.к. для параметра был получен запас надежности < 1 (см. табл. 2). Для нового механизмапозиционирования (более точная шариковая винтовая пара в системе привода) получены меньшие размеры области состояний и

соответственно = 1,2.

Таблица 3

Оценка параметрической надежности станка

------T--------------------------T-------T------T-----------------T--------------------T---------

Выход-¦ Область состояний по ¦Область¦Запас ¦ Результаты ¦ Расчет ¦ Средний

ной ¦ результатам испытаний, ¦работо-¦надеж-¦ прогноза ¦ ¦ресурс по

пара- ¦ мкм ¦способ-¦ности ¦ и расчета ¦ ¦параметру

метр +----------T---------------+ности ¦K +---------T-------+---------T----------+T , лет

¦a = X ¦сигма = сигма ¦X ¦ н i ¦гамма ,¦сигма ,¦t = 1 год¦t = 10 лет¦ ср

¦ 0 i ср¦ a i¦ max ¦ ¦ X Ф ¦ X ¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦по ТУ, ¦ ¦ мкм/год ¦мкм/год¦ ¦ ¦

¦ ¦ ¦мкм ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

------+----------+---------------+-------+------+---------+-------+---------+----------+---------

X ¦ 15 ¦ 2 ¦ 33 ¦ 1,75 ¦ 0,45 ¦ 0,80 ¦ 0,9999 ¦ 0,95 ¦ 20

1 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

X ¦ 15 ¦ 1 ¦ 25 ¦ 1,25 ¦ 0,70 ¦ 0,22 ¦ 0,9999 ¦ 0,90 ¦ 16

2 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

X ¦ 50 ¦ 4 ¦ 75 ¦ 1,20 ¦ 2,00 ¦ 0,23 ¦ 0,9999 ¦ 0,86 ¦ 13

3 ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦ ¦

------+----------+---------------+-------+------+---------+-------+---------+----------+---------

Показатели параметрической надежности ¦Вероятность безотказной ¦ 0,9997 ¦ 0,730 ¦Средний

станка ¦работы P(t) ¦ ¦ ¦ресурс

+------------------------+---------+----------+станка

¦Ресурс по точности T ¦ T ~= 5 лет ¦T =


¦ P ¦ P ¦ ср

¦при P(t) = 0,95 ¦ ¦= 12 лет

-----------------------------------------+------------------------+--------------------+---------

7.8. В табл. 3 указаны значения и для каждого из параметров, полученные на основании испытаний на износ методамифизико-статистического моделирования и расчета скорости изменения регламентированных параметров при износе направляющих.

7.9. Согласно формуле (1) проведен расчет вероятности безотказной работы станка по каждому параметру при длительностиработы станка t = 1 год и t = 10 лет (с учетом двухсменной работы станка и коэффициента загрузки 0,8), а также построена функциянадежности - изменение вероятности безотказной работы станка во времени (рис. 5).

Рис. 5

7.10. Эти зависимости являются полной характеристикой параметрической надежности станка и позволяют численно оценитьпоказатели надежности, в том числе и ресурс по точности.

Например, если задана вероятность безотказной работы станка по точности P(t) = 0,95, то соответствующий ресурс будет

составлять ~= 5 лет.

7.11. Проведенные расчеты по прогнозированию показателей надежности и анализ результатов программного испытанияпозволяют указать наиболее эффективные методы повышения надежности и выявить слабые места конструкции ТО.

7.12. В результате испытания должен быть получен сертификат, являющийся официальной характеристикой и документом,удостоверяющим работоспособность ТО по его выходным параметрам.

Содержание сертификата, отражающего результаты испытаний и прогнозирования включает значения основных показателейначального качества и надежности: численные характеристики областей состояний, запас надежности для каждого выходногопараметра и как суммарный итог всех испытаний и расчетов - ресурс ТО при заданной вероятности безотказной работы.

Табл. 2 и 3 иллюстрируют содержание основных граф сертификата на примере металлорежущего станка.

В сертификате указываются также данные об испытываемом объекте (модель, назначение, основные техническиехарактеристики) и условия испытания (диапазоны режимов работы, внешние воздействия и др.).

Поскольку полные программные испытания опытного образца ТО позволяют оценить влияние основных факторов напоказатели его качества и выявить узкие места, их результат должен служить основанием, во-первых, для разработки методикиупрощенной оценки начального качества каждого серийного образца ТО, во-вторых, для создания средств эксплуатационнойдиагностики ТО данной модели.

ПРИЛОЖЕНИЯ

В приложениях рассматриваются вопросы выбора и применения ЭВМ для испытательно-диагностического комплекса,аппаратуры для измерения траектории вращательного движения и тепловых полей, программных нагрузочных устройств.

В Прилож. 5, 6 и 7 даны примеры практической реализации программного метода на основе испытаний многоцелевых станков(МС) с ЧПУ, проведенных на кафедре "Металлорежущие станки и автоматы" МВТУ им. Н.Э. Баумана.


Приложение 1

ВЫБОР ЭВМ ДЛЯ ИСПЫТАТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

1. Для осуществления программных испытаний требуется создание измерительно-управляющих вычислительных комплексов(ИУВК) на базе средств вычислительной техники, штатных устройств связи с объектом (УСО), различных автоматизированныхизмерительных приборов с встроенными стандартными интерфейсами и периферийных устройств.

2. Конфигурация конкретной системы, ее аппаратное и программное обеспечение зависят от степени сложности решаемых задачи соответственно от требований, предъявляемых к создаваемому испытательно-диагностическому комплексу (ИДК).

3. Измерительно-управляющий вычислительный комплекс для испытания технологического оборудования (ТО) с ЧПУ долженвыполнять следующие функции:

а) управлять испытанием, режимами работы ТО через связь с системой ЧПУ, программными нагрузочными устройствами,дистанционным включением, выключением диагностического оборудования по заранее заданной программе;

б) принимать и обрабатывать как медленно, так и быстро меняющуюся информацию, поступающую от датчиков бесконтактныхи контактных измерительных устройств параллельным и параллельно-последовательным методом в режиме реального времени, длячего иметь скорость преобразования данных 20000 - 50000 байт/с и буферную память на каждый канал динамической информации по10 - 12 кбайт;

в) проводить необходимый комплекс расчетов, связанных с расшифровкой диагностических сигналов и статистическойобработкой получаемой информации, а также выполнять анализ формы частотных сигналов, регистрируемых в процессе измерений;

г) хранить полную информацию как минимум о нескольких циклах испытания данной модели ТО с ЧПУ и создавать банкданных результатов испытаний, для чего иметь память на дисковых носителях с быстрым доступом объемом до 100 Мбайт;

д) вести прогнозирование и обеспечивать работу с разработанными программами, написанными на языках высокого уровня, приэтом быстродействие процессора должно быть не менее 500 тыс. операций в секунду, а объем оперативной памяти более 512 кбайт;

е) осуществлять параллельный вывод промежуточной информации без прерывания процессов измерения, управления и расчета,для чего иметь символьно-графический дисплей с высокой разрешающей способностью, квазиграфические печатающие устройства играфопостроитель с собственным микропроцессорным управлением и буферной памятью не менее 2 кбайт каждый;

ж) обеспечивать максимальную экономическую эффективность, для этого быть компактным, иметь модульное построение иневысокую стоимость, отличаться простотой обслуживания, отсутствием штатного персонала.

4. Из пп. 3а, 3б следует, что система выполнения указанных функций должна быть как минимум двухпроцессорной и иметьнабор устройств ввода-вывода информации в аналоговом и цифровом виде (аналого-цифровые преобразователи (АЦП), цифровыевходы-выходы и встроенные стандартные интерфейсы).

Из п. 3е видно, что система должна базироваться на мини- и микро-ЭВМ.

5. Если не имеется средств вычислительной техники и программного обеспечения к ним, полностью удовлетворяющих всемперечисленным требованиям, возможно построение ИУВК из подсистем с разделением функций.

6. Для проведения измерений и осуществления управления испытаниями следует использовать УСО в стандартах КАМАК илиIEEE-488, однако можно применять и встроенные в некоторые модели ЭВМ собственные АЦП, ЦАП, модули цифровых входов-выходов и другие устройства.

7. УСО в стандарте КАМАК предназначены для стыковки с ЭВМ серии СМ (СМ 3, СМ 4, СМ 1420, СМ 1300). Модульноепостроение УСО, широкая номенклатура и высокие технические характеристики применяемых модулей, среди которых имеются дажепериферийные процессоры, позволяют создать практически любую конфигурацию ИУВК. Среди недостатков системы КАМАКможно отметить высокую стоимость модулей, значительные габариты и конструктивное исполнение, затрудняющее использованиеаппаратуры в производственных условиях.

8. За основу стандарта IEEE-488 (Европейский эквивалент - IEC-625, советский аналог - "приборный интерфейс" по ГОСТ26.003-80) был принят интерфейс HP-IB ф. Hewlett-Packard. Интерфейс предназначен для встраивания в различные измерительныеприборы (которые в этом случае могут быть полностью программируемыми от ЭВМ), в персональные микро-ЭВМ (которыевыполняют роль контроллеров шины) и для оснащения средств вычислительной техники УСО, выполненными по этому стандарту.Приборный интерфейс - удобный и перспективный вид связи приборов, который пока не имеет широкого распространения.


9. Использование модулей УСО, встроенных в некоторые типы ЭВМ, позволяет реализовать программный метод испытаниястанков лишь частично, поскольку технические характеристики ИУВК в этом случае значительно ниже, требуется специальноепрограммное обеспечение и вместо комплексных автоматизированных испытаний возможна только автоматизация решенияотдельных задач.

10. Для проведения комплекса расчетов целесообразно применение персональных микро-ЭВМ с тактовой частотой 5 МГц иобъемом оперативной памяти 1 Мбайт, например, ЕС 1840, СМ 1810, ИСКРА 1030. Поскольку указанные микро-ЭВМ в настоящеевремя не оснащены УСО и, следовательно, не могут использоваться в качестве управляющих элементов ИДК, необходимообеспечивать стыковку этих микро-ЭВМ с вычислительными средствами (см. п. 7), управляющими процессом испытаний.

11. Для выполнения требований по п. 3е рекомендуется использовать следующие периферийные устройства:

- видеотерминалы моделей СМ 7209 (ПНР), VIDEOTON (ВНР), штатные видеотерминалы микро-ЭВМ ЕС 1840, СМ 1810,ИСКРА 1030;

- печатающие устройства моделей ROBOTRON 1152 (ГДР), А521-4/6 (СССР), Д-100 (ПНР);

- графопостроители моделей ЭНДИМ 620702 (ГДР), ROBOTRON K6418 (ГДР).

12. При реализации программного метода испытаний с учетом приведенных выше замечаний оптимальной может бытьконфигурация ИУВК следующего состава:

а) локальная измерительно-управляющая сеть из двух ЭВМ серии СМ, например СМ 1300, оснащенных двумя системамиКАМАК с встроенными периферийными процессорами, видеотерминалами, печатающими устройствами, графопостроителями,накопителями на магнитных дисках;

б) персональная микро-ЭВМ типа ЕС 1840 для проведения расчетов, связанная через ИРПР или дисковые носители информациис измерительно-управляющей сетью, оснащенная графическим дисплеем, квазиграфическим печатающим устройством играфопостроителем.

13. Микро-ЭВМ ЭЛЕКТРОНИКА-60 совместно с УСО в стандарте КАМАК или соответственными АЦП и ЦАП обеспечиваетпроведение измерений и обработку результатов по одному или нескольким параметрам (в зависимости от скорости протеканияисследуемых процессов). Поэтому для проведения комплексных многопараметрических исследований, в том числе быстропротекающих процессов, целесообразно применение локальной сети из таких микро-ЭВМ. Для реализации локальной сети требуетсяразработка специализированного программного обеспечения.

14. Возможно построение многоуровневых ИУВК с первым уровнем по п. 1, вторым, третьим и т.д. на базе машин болеевысокого класса (например, СМ ЭВМ ЭЛЕКТРОНИКА 100/25, ЭЛЕКТРОНИКА 79, ЭЛЕКТРОНИКА 85).

15. Для решения отдельных задач программного испытания можно использовать мини- и микро-ЭВМ типа ИСКРА-226(исполнение 6), ИСКРА 1256 (исполнение 6), ЭЛЕКТРОНИКА ДЗ-28, имеющих собственные встроенные УСО. Однако обеспечитькомплексность испытаний ТО с ЧПУ с помощью таких ЭВМ практически невозможно ввиду малых вычислительных мощностейкаждой из них и сложности совместного включения этих ЭВМ в сеть.

16. Стыковка периферийного оборудования с ЭВМ должна осуществляться при помощи штатных средств связи (интерфейсыИРПР, ИРПС, С2 и др.) с соответствующими контроллерами.

17. При выборе средств измерений - источников первичной информации используются приборы как с цифровыми, так и саналоговыми выходами.

При цифровом вводе информации с приборов в ЭВМ необходимо обеспечить согласованность их входов-выходов по уровнямлогического "0" и "1", применяемой системе кодирования, структуре протокола обмена информационными сигналами.

При аналоговом вводе информации следует достичь согласования выходных сигналов источников первичной информации сдиапазонами преобразования АЦП.

18. При использовании штатных УСО к выходным сигналам средств измерения предъявляются следующие требования:

а) для цифрового ввода информации в ЭВМ применяют автоматизированные измерительные средства, работающие наинтерфейсах:

- RS232 (V24) - режим работы "1 передатчик - 1 приемник" со скоростью передачи информации 9600 или (и) 19200 бод/с;

- HP-IB (IEC, ЛКП) - режим работы до 15 абонентов одновременно, из них 1 передатчик со скоростью передачи информации до20 кбайт/с;

- в стандарте КАМАК - 24-разрядный двоичный код с ТТЛ-уровнем сигналов и скоростью передачи информации свыше 20кбайт/с;

- в коде 8-4-2-1;

б) для аналогового ввода информации в ЭВМ уровни входных напряжений должны соответствовать +/- 0,5 В (для 8 - 10-разрядных АЦП) или 0 - 5 В, 0 - 10 В, +/- 10 В (для 12-разрядных АЦП); при этом АЦП должны обеспечивать:

- время преобразования 5, 10, 30, 50 мкс в зависимости от количества разрядов преобразования, разрядности процессора и еготактовой частоты;

- количество каналов преобразования 16/8, 32/16, 64/32 для однополярного/дифференциального входов;


- время мультиплексирования 3 - 5 мкс для полупроводниковых мультиплексоров или до 2 мс для переключателей релейноготипа.

19. Окончательный выбор ЭВМ для испытания ТО может быть произведен лишь после детального выявления всех временныхсоотношений исследуемых процессов, а также характеристик АЦП, ЦАП, коммутаторов, других устройств в целях передачиинформации и сопоставления этих параметров с быстродействием выполнения соответствующих операций ЭВМ.


АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТРАЕКТОРИИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ

1. Измерение траекторий вращательного движения - сложная задача, которая может быть решена применением бесконтактныхпреобразователей (индуктивных на основе ферритового сердечника, токовихревых, емкостных), устанавливаемых в плоскостиизмерения в двух взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 6).

Рис. 6

2. Бесконтактные преобразователи при измерении траектории оси шпинделя могут устанавливаться относительно измерительнойшейки шпинделя или оправки, закрепленной в шпинделе, на столе станка, направляющих станины или в резцедержателе и т.д.

3. Для измерения траектории вращательного движения могут использоваться индуктивные бесконтактные преобразователиперемещений (ИПП) на основе ферритового сердечника конструкции МВТУ им. Н.Э. Баумана и Московского завода координатно-расточных станков [6].

Параметры ИПП согласованы с характеристиками стандартного тензоусилителя ТА-5. Сигналы с усилителя ТА-5 поступают нашлейфовый осциллограф типа Н-117, регистрирующий колебательные смещения по оси X, Y на осциллограмме (рис. 7).


Рис. 7

4. Для последующей обработки данных измерения используется преобразователь графиков типа Ф014 с перфоратором,позволяющий набить ординаты точек осциллограммы с нужной дискретностью на перфоленту и тем самым преобразоватьграфическую информацию в цифровую. Аналогичной цели служит магнитограф НО-46, который информацию, преобразованную вцифровую, несет на магнитной, а не на перфоленте.

Далее перфо- или магнитная лента используется как носитель исходных данных спецпрограмм для ЭВМ типа ЕС или СМ 4.Используемые спецпрограммы строят круговую траекторию, производят ее статистическую обработку и спектральный анализ.

Блок-схема, иллюстрирующая расположение датчиков на станке и взаимосвязь аппаратуры и ЭВМ, показана на рис. 8.

Рис. 8


5. Измерение траектории вращательного движения, в частности, электрошпинделей станков может осуществляться также спомощью бесконтактных индуктивных преобразователей малых перемещений (БИМП-1, БИМП-2) [7]. Преобразователь типа БИМПоснован на использовании ферритового сердечника и принципиально отличается от ИПП применением специального усилительногоблока, обеспечивающего усиление сигнала и передачу его на регистрирующий прибор. В качестве регистрирующего прибораиспользуются двухканальные катодные осциллографы без запоминания С1-48Б и с запоминанием С8-14. Траектория вращательногодвижения регистрируется на экране осциллографа и может быть сфотографирована с него (рис. 9).

Рис. 9

6. Подобное аппаратурное оснащение применяется в существующем стандартном измерительном комплексе ВЕ-47А дляизмерения радиального биения вала. Здесь в качестве измерителей биения применены емкостные бесконтактные преобразователиперемещений. Снимаемая с прибора ВЕ-47А информация поступает на двухканальный катодный осциллограф С1-69. Блок-схемасоединения приборов приведена на рис. 8.

7. Следует отметить, что при использовании в блок-схеме измерения катодного осциллографа в качестве последнего приборатеряется информация о параметрах колебательного процесса на траектории. Этого недостатка лишена система MVDS фирмы "

" (ФРГ), служащая для измерения и контроля вибраций валов и роторов. В качестве измерителей вибрацийиспользуются бесконтактные индуктивные токовихревые преобразователи той же фирмы.

Сигнал от датчиков через усилитель поступает на двухкоординатный катодный осциллограф (для регистрации характератраектории и ее размаха), а с него на анализатор спектра (для амплитудно-частотного анализа профиля траектории) (рис. 10).


Рис. 10

8. Описанные выше измерительные средства реализуют один метод измерения траектории вращательного движения,заключающийся в том, что измерительные преобразователи установлены с зазором относительно эталонных поверхностей, качество иточность установки которых влияют на результаты измерения.

Этот недостаток в значительной степени устранен в методе, где в качестве эталонной использована оправка с двумяпозиционными сферами, некруглость которых менее 0,1 мкм (рис. 11).


Рис. 11

Эталонные сферы 1 выставляются с помощью регулируемого основания 2 на столе 3 станка. Бесконтактные электрическиедатчики (кроме емкостных) установлены на этих сферах и измеряют изменение зазора между сферами и металлическими пластинами4 в оправке 5 шпинделя, сигнал от преобразователей на сферах и измерителя углового положения 8 через усилители подается наосциллограф 7. Измерения биения шпинделя Е1 и Е2 в радиальном направлении в двух точках позволяют оценить его угловоеположение .


АППАРАТУРА ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ ПОЛЕЙ

1. Измерение тепловых полей узлов станка возможно проводить двумя способами - контактным и бесконтактным. В первомслучае измеряется непосредственно температура объекта, во втором - его инфракрасное излучение. Диапазон измерений составляетреально несколько десятков градусов (от 20 °C до 70 °C), необходимая точность измерения температуры - не более 0,5 °C.

2. Наиболее просто конструктивно выполнить контактную систему измерения температуры с применением термоэлектрическихпреобразователей - термопар. В выбранном диапазоне измерений для пары хромель-копель зависимость термоэдс от температуры


можно считать линейной.

Регистрацию значений термоэдс следует проводить, используя электронные вольтметры с разрешением не менее чем в 1 мкВ,например, применять интегрирующий аналого-цифровой преобразователь мод. Ф4833, который также позволяет подавлять помехи посети питания.

3. При ручном сборе информации о температурах термопары подключаются к АЦП при помощи ручного переключения, и втаблицу измерений записываются значения термоэдс в микровольтах, которые требуют затем ручного перевода в градусы сисключением случайных и учетом систематических погрешностей измерения.

4. Более целесообразно проводить измерения на автоматизированных установках с применением средств вычислительнойтехники. Они обеспечивают значительно более высокую производительность с одновременным повышением точности измерений.

5. К бесконтактным методам измерения температур относятся тепловизионные методы измерения температуры объекта.Быстродействие тепловизоров позволяет сократить время обследования объекта, наблюдать нестационарные тепловые процессы в ихразвитии и изучать распределение температуры на поверхности движущихся тел.

Для тепловизора ТВ-03 можно привести следующие основные технические данные: угол зрения 4,5 x 4,5°; частота строк 1600 Гц;частота кадров 16 Гц; температурное разрешение в диапазоне 30 ... 40 °C - 0,2 °C; угловое разрешение 4,5"; интервал температуробъекта 20 ... 200 °C.

Наиболее эффективно применение тепловизоров на стадии предварительного исследования температурных полей узлов станка,когда определяются не только основные источники тепловыделений и их сравнительная интенсивность, но и наличие переменных понаправлению тепловых потоков.

Основным недостатком применения тепловизора указанной модели является отсутствие цифровой обработки видеосигнала, чтоне позволяет иметь абсолютные значения температуры поверхности объекта.


ПРОГРАММНЫЕ НАГРУЗОЧНЫЕ УСТРОЙСТВА

1. Программные нагрузочные устройства (ПНУ) - устройства, имитирующие эксплуатационные нагрузки, действующие на ТОпри его испытаниях.

2. ПНУ используются при программных испытаниях ТО для имитации силовых и тепловых нагрузок.

3. По способу нагружения силовые ПНУ подразделяются на контактные и бесконтактные (табл. 4).

Таблица 4

-------------------T----------------------------------------------

Вид создаваемых ¦ Характер воздействия

нагрузок ¦

-------------------+----------------------------------------------

Нагружение силой Контактный Бесконтактный

------------------------------------------------------------------

Нагружение моментом Контактный Бесконтактный


------------------------------------------------------------------

Регулирование не регулируется по одной по трем

точки приложения координате координатам

силы

------------------------------------------------------------------

Обеспечение без линейного с линейным

подвижности перемещения перемещением

шпинделя

------------------------------------------------------------------

Изменение силы не регулируется регулируется с вращением

в пространстве

------------------------------------------------------------------

Изменение силы Квазистатический Динамический

во времени

------------------------------------------------------------------________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

Бесконтактный способ нагружения позволяет исключить дополнительные механические связи между рабочими органами ТО(например, шпинделя металлорежущего станка и суппорта), а следовательно, обеспечивает большую степень их относительнойподвижности.

4. Регулирование точки приложения силы и обеспечение подвижности рабочих органов, например шпинделя металлорежущегостанка при нагружении силами и моментом, производится по одной, двум или трем координатам в зависимости от целей проводимыхиспытаний ТО (см. табл. 4).

5. Характер изменения силы в пространстве, обеспечиваемый ПНУ, может быть различным: с нерегулируемой и регулируемойпространственной ориентацией или с непрерывным изменением пространственной ориентации при вращении.

6. По характеру изменения силы во времени режимы нагружения подразделяются на квазистатический и динамический.

Квазистатический режим характеризуется статической составляющей силы резания, возникающей при работе ТО, а динамический

- статической составляющей и совокупностью динамических гармоник с амплитудами и частотами (см. табл. 4).

7. При реализации программного нагружения с помощью ПНУ нужно учитывать, что в процессе работы ТО при движениирабочего органа изменяется точка приложения силы в рабочем пространстве, причем пространственная ориентация силы и еенаправление могут быть различны.

8. Особенность ПНУ заключается в том, что они обеспечивают нагружение автоматически.

9. По типу преобразователя силовые нагрузочные устройства подразделяются на механические, гидравлические,электромагнитные.

Наиболее полно характеристики силового нагружения (см. пп. 4 - 7) при программном методе испытаний отражаютэлектромагнитные ПНУ (ЭПНУ).

10. Принцип работы ЭПНУ основан на бесконтактном силовом взаимодействии якоря и сердечника, закрепленных на рабочихорганах испытываемого ТО.

Якорь и сердечник, установленные с воздушным зазором, образуют замкнутый магнитопровод, в котором при запитыванииобмоток сердечника напряжением возникает магнитный поток, создающий силы взаимного притяжения якоря и сердечника.

Величина силы при заданном воздушном зазоре и конструктивных параметрах обмоток возбуждения определяется подводимымк обмоткам электрическим напряжением. Управляя напряжением по командам от ЭВМ, обеспечивают программное нагружениеиспытываемого объекта.

11. Для испытаний токарных станков с ЧПУ, например, было использовано программное нагрузочное устройство сортогонально расположенными электромагнитными преобразователями 1 и 2 (рис. 12). Якорь 3, выполненный в виде гладкогоцилиндра, закреплен в шпиндельном узле станка. Преобразователи 1, 2 размещены в кронштейне 4, закрепленном на суппорте 5.Обмотки возбуждения 6, 7, 8, 9 соединены с блоком управления (БУ), в качестве которого могут быть использованы ЭВМ,оснащенные цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП), например микро-ЭВМ ИСКРА 1256.


Рис. 12

Управляющие сигналы поступают с выходов БУ по 4 каналам. Управление статическими составляющими силы осуществляетсячерез источники питания постоянного тока ИП 1, ИП 2 с дистанционным управлением, например, типа Б5-46. Управлениединамическими составляющими силы осуществляется через дистанционно управляемые генераторы Г31, Г32, например модели ГЗ-110, ГЗ-113, и усилители мощности У1, У2, например трансляционные усилители мощности моделей ТУ-100, ТУ-600.

Величина статической составляющей силы может регулироваться в пределах 0 - 2000 Н; динамической составляющей силы поамплитуде - 0 - 200 Н, по частоте - 0 - 400 Гц.

12. При необходимости варьирования направлением силы в широком диапазоне может быть использовано многополюсное ПНУ(рис. 13), в котором величиной силы управляют от БУ 1 по первому каналу, а направление задается по второму каналуподключаемыми через коммутатор 2 полюсами 3.

Рис. 13

13. Для испытаний многоцелевых станков с ЧПУ, например, использовано ПНУ с поворотным сердечником 1 (рис. 14), которыйукреплен на оправке 2, установленной в шпинделе станка. Якорь 3 концентрично охватывает оправку с сердечником и установлен настоле станка. Обмотки возбуждения 4 запитываются через подвижные контакты 5 и соединены с блоком управления БУ 6 по двумцепям, одна из которых содержит источник питания тока ИП, другая - генератор частот ГЗ и усилитель У. Пространственнаяориентация силы совпадает с положением полюсов сердечника 1. При вращении оправки с сердечником сила меняетпространственную ориентацию с частотой, пропорциональной частоте вращения шпинделя станка.


Рис. 14

14. Тепловое нагружение испытываемого ТО может осуществляться либо с использованием специального устройства,содержащего нагревательный элемент и вентилятор для подачи теплового потока в зону нагружения, либо путем естественногопрогрева приводов главного движения и приводов подачи ТО.


ИСПЫТАТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ МИНИ-ЭВМ ИСКРА 226 ДЛЯ ИСПЫТАНИЯМНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

1. В порядке реализации положений программного метода испытаний ТО был разработан испытательно-диагностическийкомплекс для автоматизированной оценки показателей точности и надежности многоцелевых станков с ЧПУ на основе применениямини-ЭВМ ИСКРА 226.

2. Особенностью многоцелевых станков с ЧПУ является обработка на них широкой номенклатуры изделий. В этих условияхважно знать характер и степень влияния выходных параметров точности станка с ЧПУ на показатели точности каждого конкретнообрабатываемого на нем изделия с учетом места его расположения в рабочем объеме станка, а также воздействия на станок впроцессе эксплуатации спектра различных внешних и внутренних факторов, имеющих вероятностный характер проявления.

3. Для данной оценки использовались в качестве обобщенного выходного параметра точности геометрические образы (ГО)


обрабатываемых поверхностей конкретного изделия, которые формируются за счет взаимосвязанных перемещений рабочих органов,несущих режущий инструмент и заготовку, по управляемым координатам (X, Y, Z, A, B, C) в ходе имитации процесса обработкисоответствующих поверхностей изделия [4, 5]. В этом случае каждый ГО поверхности представляет собой отображение конкретнойреально обрабатываемой поверхности изделия, которая может быть описана математически, а характеристики (параметры) ГОявляются выходными параметрами станка.

На рис. 15 в качестве примера показаны идеальные (тонкими линиями) и реальные ГО вертикальной (IY [f(Z)]) и горизонтальной(IY [f(X)]) поверхностей, ГО отверстия (II ZC [X, Y, Z]) и межцентровых расстояний двух отверстий (IY [X, Y, Z] и IX [X, Y, Z]).



Рис. 15

4. Использование ГО обрабатываемых поверхностей в качестве выходных параметров позволяет оценить как начальный уровеньточности станка с ЧПУ, так и его изменение в процессе эксплуатации под действием различных внешних и внутренних факторов.

По отношению к существующим выходным параметрам точности станков с ЧПУ, определяемым по соответствующим ГОСТами характеризующим точность их отдельных узлов, данный выходной параметр является обобщенным, поскольку в ходеформирования обрабатываемых поверхностей проявляется влияние всех узлов станка с ЧПУ.

5. Оценка выходных параметров точности станков с ЧПУ по предлагаемой методике производится в следующейпоследовательности:

а) на основе анализа компоновки и конструкции станка и применяемой измерительной системы строится эквивалентная схемастанка с заменой его основных узлов координатными системами с деформирующими связями;

б) экспериментально определяются пространственные положения рабочих органов станка с ЧПУ, несущих режущий инструменти заготовку;

в) на основе разработанного прикладного программного обеспечения проводится математическая обработка экспериментальныхданных с целью получения аналитических выражений, описывающих пространственные координаты фиксированных точек, которымизаданы положения рабочих органов;

г) на базе полученных аналитических выражений осуществляется построение ГО обрабатываемых поверхностей изделия;

д) затем производится сравнение идеального ГО поверхности, полученного по чертежу изделия, с реальным ГО. Получаемыеотклонения размеров, формы и относительного положения ГО соответствующей поверхности дают количественную оценкувыходных параметров точности станка с ЧПУ, а именно, влияние погрешностей станка с ЧПУ на точность обработки поверхностейконкретного изделия.

6. В качестве объекта оценки указанным методом был выбран многоцелевой станок с ЧПУ мод. 243ВМФ2 с устройством ЧПУмод. Размер-2М позиционного типа.

Данный станок вертикальной компоновки с крестовым столом с рабочей поверхностью 500 x 320, величиной ходов по оси X -420 мм и по оси Y - 250 мм. На колонне станка располагаются направляющие шпиндельной бабки, имеющей установочныеперемещения на 240 мм. В шпиндельной бабке помещена цилиндрическая направляющая гильзы, в которой расположен шпиндельстанка. Гильза со шпинделем может перемещаться по координате Z на величину, равную 120 мм.

7. Испытываемый станок предназначен для обработки средних (до 150 кг) изделий типа корпусов и плит из алюминиевыхсплавов, черных и цветных металлов и выполняет операции сверления, зенкерования, нарезания резьбы метчиками, растачивания ичистового фрезерования.

Основными поверхностями, которые формируются при выполнении вышеуказанных операций с учетом компоновки станка иустройства ЧПУ, являются горизонтальные и вертикальные плоскости, а также отверстия различного диаметра.

8. Анализ технологических возможностей испытываемого станка и структуры типовых ГО, формируемых на станках с ЧПУ [5],показывает, что на данном станке могут формироваться ГО, приведенные в табл. 5.

Таблица 5

Типовые ГО, формируемые на станке мод. 243ВМФ2

----------------T--------------------T----------------------------

Структурная ¦ Координатная ¦ Возможный вид ГО

формула ГО ¦ формула ГО ¦

----------------+--------------------+----------------------------

IX [f(Y)]


IX [f(Z)]

------------------------------------------------------------------

IY [f(X)]

IY [f(Z)]

------------------------------------------------------------------

II ZC [X, Y, Z]


------------------------------------------------------------------

9. Рассмотрение метода автоматизированной оценки выходных параметров точности указанного станка проводится на примереГО вертикальной поверхности (см. IV [f(Z)] в табл. 5), который формируется при перемещении салазок станка по координате Y. Вкачестве инструмента, обеспечивающего формирование данной поверхности, выбирается фреза диаметром 20 мм с длиной рабочейчасти 40 мм.

10. Задание пространственного положения рабочих органов производится фиксацией определенного количества точек, покоторым можно определить положения рабочего стола и шпинделя, осуществляющих относительные перемещения заготовки ирежущего инструмента.

Для задания положения стола выбираем три, а положения шпинделя две фиксированные точки (рис. 16). Как видно из рисунка,

выбранные фиксированные точки задают координатные системы и соответственно пиноли шпинделя ирабочей поверхности стола в координатной системе 0XYZ несущей системы экспериментальной установки.

Рис. 16

Место крепления несущей системы экспериментальной установки на испытываемом станке должно обеспечивать постоянство еепространственного положения в течение всего периода испытаний.

11. Указанные координатные системы привязываются к характерным точкам соответствующих рабочих органов: базовому пазуили отверстию на столе, торцу шпинделя, расположенному в пиноли, и т.д. Координаты фиксированных точек, определенные вбазовой системе координат 0XYZ при исходном состоянии рабочих органов, являются началом отсчета для определения


пространственных координат фиксированных точек перемещающегося рабочего органа.

12. После выбора фиксированных точек, применяя метод координатных систем с деформируемыми связями [3], производятпостроение координатной модели испытываемого станка с ЧПУ (рис. 17), в которой задаются конкретные пространственныеположения координатных систем элементов станка с ЧПУ, составляющие исходную информацию для подстановки в программурасчета и оценки получаемых ГО обрабатываемых поверхностей.

Рис. 17

13. Крепление несущей системы автоматизированной экспериментальной установки (АЭУ) производится к нижней частинаправляющих колонны испытываемого станка, чтобы исключить влияние тепловых деформаций на пространственное положениеданной системы при тепловом нагружении станка в процессе испытаний.

14. АЭУ строится на базе мини-ЭВМ ИСКРА 226 шестого исполнения. Структурная схема АЭУ показана на рис. 18.Измерительные преобразователи (ИП), расположенные на несущей конструкции, фиксируют точки (ФТ) стола - 1, 2 и 3, а также ФТ


шпинделя - 4 и 5.

Рис. 18

15. В качестве ИП, определяющих пространственное положение рабочих органов, используются индуктивные контактныедатчики мод. 223, входящие в состав электронной измерительной системы мод. 214, выпускаемой заводом Калибр. В качествеэталонной отсчетной поверхности для фиксированных точек, определяющих пространственное положение стола, применяютлекальные четырехгранные линейки ЛЧ-320 нулевого класса точности; для фиксированных точек, определяющих пространственноеположение шпинделя, - высокоточную поверхность гильзы, в которой расположены опоры шпинделя.

16. Линейки располагаются параллельно движению салазок стола по координате Y. Для ИП 1X, 2X и 3X (см. рис. 18),выполняющих измерения в горизонтальной плоскости X0Y, линейки настроены для определения отклонения от прямолинейностивдоль направления перемещения салазок; а для ИП 1Z, 2Z и 3Z, осуществляющих измерения в вертикальной плоскости Z0Y, онинастроены для определения отклонения от параллельности вдоль направления перемещения салазок (согласно ГОСТ 22267-76).

17. Для определения пространственного положения шпинделя используются ИП 4X, 4Y, 5X и 5Y (см. рис. 18), измеряющиесмещение поверхности гильзы в горизонтальных плоскостях, параллельных друг другу. Зависимость удлинения шпинделя вдоль оси Zна различных частотах его вращения для разных моментов времени была найдена заранее экспериментальным путем.

18. Для получения достоверных результатов при измерении пространственного положения рабочих органов станкапредварительно были определены формы отсчетных поверхностей поверочных линеек и рассчитаны на мини-ЭВМ уравнениярегрессии, аналитически описывающие эти формы. Уравнения использовались для автоматической коррекции экспериментальнойинформации, поступающей с ИП по пути перемещения рабочих органов.

19. Для всех ИП по результатам тарировок были построены такие же регрессионные уравнения и введены в оперативноезапоминающее устройство (ОЗУ) мини-ЭВМ с целью коррекции характеристик ИП, что позволило гарантировать высокую точностьконтактного метода измерений (на уровне +/- 1,5 мкм).

20. Выходной уровень сигналов с индуктивных ИП позволяет производить их непосредственное подключение к аналого-цифровому преобразователю (АЦП) мини-ЭВМ. Общее количество ИП составляет 10 шт.

21. Применяемая мини-ЭВМ структурно может быть представлена как набор блоков интерфейсных функциональных (БИФ),который включает алфавитно-цифровое печатающее устройство (АЦПУ), графопостроитель (ГП), накопитель на гибких магнитныхдисках (НГМД), указатель графической информации (УГИ), аналого-цифровой преобразователь (АЦП), оперативное запоминающееустройство (ОЗУ), постоянное полупроводниковое запоминающее устройство (ППЗУ). Все они объединены через интерфейс"центральная шина". Функционирование АЭУ обеспечивается операционной системой, хранящейся в ППЗУ, а также специальноразработанным математическим обеспечением, вводимым в ОЗУ.

22. На рис. 19 приведены алгоритмы, на базе которых составлены программы, обеспечивающие:

автоматизированный сбор экспериментальной информации с ИП, определяющих линейные смещения рабочих органов станкапри их движении по управляемой координате, измерение температуры рабочих органов станка, первичную обработку полученнойинформации и создание на ее основе банка экспериментальных данных (см. рис. 19, а);

проведение статистической обработки результатов экспериментальных исследований в диалоговом режиме, заключающейся вопределении величины систематических и случайных составляющих погрешности пространственного положения рабочих органовпри их перемещении вдоль управляемых координат под действием различных факторов, а также в получении непрерывныхфункциональных зависимостей, описывающих пространственные координаты фиксированных точек рабочих органов в данныхусловиях, и формировании банка исходных данных для расчета и построения типовых ГО (рис. 19, б);

выполнение расчета и построение типовых ГО, получение их изображения на графическом дисплее мини-ЭВМ и проведение с________________________________________________________________________________________________________________Не является официальным изданием предназначено для ознакомительных целей. Бесплатно предоставляется клиентам компании«Древград» - деревянные дома.

помощью этих изображений оценки выходных параметров точности станка и показателей его точностной надежности в диалоговомрежиме (рис. 19, в, г).

Рис. 19, а

Рис. 19, б


Рис. 19, в

Рис. 19, г

Рис. 19

23. Оценка выходных параметров точности станка производилась на холостом ходу (оценка начального состояния) при


статическом силовом погружении рабочих органов и тепловом нагружении вращением шпинделя.

24. Траектории перемещений ФТ рабочих органов при оценке начального состояния станка с ЧПУ определялись придесятикратном перемещении салазок стола по координате Y на всю величину хода (250 мм).

На рис. 20 представлены результаты экспериментов по определению координат ФТ стола при его перемещении по управляемойкоординате Y на холостых ходах для двух ИП, расположенных в фиксированной точке 1.


Рис. 20, а


Рис. 20, б


Рис. 20

Результаты эксперимента аппроксимируются с помощью имеющихся программ для получения непрерывной функциональнойзависимости.

25. Силовое статическое нагружение стола производилось ступенчато через 100 Н от 0 до 1000 Н. Координаты ФТфиксировались в виде непрерывной записи на ленте самописцев.

Как показали полученные данные, ИП, определяющие отклонение от прямолинейности в плоскости X0Y, не фиксироваливлияния процесса силового статического нагружения стола на координаты ФТ.

Однако указанное нагружение рабочей поверхности стола оказывает влияние на отклонение от параллельности ФТ 2 и 3 вплоскости Y0Z (рис. 21).

Рис. 21

26. Оценка влияния теплового нагружения станка проводилась при температуре окружающей среды, равной t = 19,5 °C.Тепловое нагружение станка проводилось путем вращения шпинделя станка на частоте 1000 об/мин в течение восьми часов.

Как показали испытания, на координаты ФТ стола тепловое нагружение не оказывало заметного влияния, и их значениясоответствовали значениям, полученным при оценке начального состояния станка.

Координаты ФТ шпинделя изменили свое первоначальное положение под действием тепловой нагрузки, причем наиболеесущественное изменение произошло в первый час его работы. На рис. 22 приведены результаты экспериментов, в ходе которыхопределялись величины смещений ФТ 4 в двух взаимно перпендикулярных направлениях.


Рис. 22

27. На основе полученной информации производится построение ГО вертикальной поверхности, образованной приперемещениях салазок стола на указанную в п. 24 величину. Построенный ГО характеризует начальную точность многоцелевогостанка по данному ГО, которая определяется конкретно для его различных сечений (рис. 23).


а


б

в

Рис. 23

28. Анализ полученных изображений ГО показал заметное влияние на точность формирования поверхности типового ГО местарасположения его на рабочей поверхности стола станка. На рис. 23, в приведен ГО, расположенный непосредственно на рабочей

поверхности стола, т.е. Z = 0 мм. Форма полученного ГО существенно отличается от ГО, расположенных на высоте = 120 мм и

= 180 мм (см. рис. 23, а и 23, б).

29. На основе проведенных испытаний получен документ - сертификат, качественно и количественно характеризующий точностьи точностную надежность испытываемого станка по предлагаемому выходному параметру точности, учитывающему конкретнуюобрабатываемую деталь, тип инструмента, используемого для обработки, а также определенное положение детали в рабочей зонестанка (рис. 24).



Рис. 24

Данный сертификат устанавливает соответствие между точностью обрабатываемых изделий и выходными параметрами точностистанка с ЧПУ.

Основой сертификата являются уравнения аппроксимирующих функций для пространственных координат фиксированных точекрабочих органов станка с ЧПУ, полученных при различных условиях нагружения.

По размерам зон гарантированной обработки, построенных для типовых ГО, которые представлены в сертификате,определяются максимальные размеры формируемых поверхностей и их расположение в рабочем объеме станка с ЧПУ для заданногопромежутка времени его работы, в течение которого станок будет обеспечивать заданную точность обработки.


ИСПЫТАТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ МИКРО-ЭВМ ЭЛЕКТРОНИКА ДЗ-28 ДЛЯПРОГРАММНЫХ ИСПЫТАНИЙ МНОГОЦЕЛЕВЫХ СТАНКОВ С ЧПУ

1. Испытательно-диагностический комплекс состоит из измерительно-диагностической системы и вычислительного устройства.

Измерительно-диагностическая система включает в себя: измерительные преобразователи первичной информации, усилительно-преобразующую аппаратуру, коммутирующие устройства, аналого-цифровые преобразователи. К вычислительным устройствамотносятся ЭВМ и интерфейсные приборы, устройства ввода и вывода информации (рис. 25).

Рис. 25


2. ИП служат для измерения:

составляющих сил резания (тензостол универсального динамометра УДМ-100);

траекторий движения рабочих органов (фотоприемники устройства контроля линейных перемещений);

температурных полей исследуемых узлов (хромель-копелевые термопары);

деформаций деталей станка (комплект тензорезисторов).

Выбор места установки первичных преобразователей определяется конкретными задачами испытаний.

3. В качестве усилительно-преобразующей аппаратуры применяются:

- для динамометра УДМ-100 - тензоусилитель УТ4-1;

- для устройства контроля линейных перемещений (УКЛП) - селективные усилители (например У2-8) и фазометры (Ф2-13);

- для тензорезисторов - тензоусилитель Топаз 3-01 с источником питания Агат.

Для коммутации измерительных сигналов используются аналоговые коммутаторы Ф240/1Б.

4. Цифровые измерительные приборы применяются:

для измерения термоэдс термопар и сигналов с тензоусилителей (интегрирующий аналого-цифровой преобразователь мод.Ф4833);

для измерения сигналов с фазометров (универсальный вольтметр В7-16).

5. Интерфейсные приборы организуют связь между ЭВМ и периферийным оборудованием, к которому относятся устройстваввода и вывода информации, а также цифровые измерительные приборы и коммутаторы.

6. Основным элементом данного измерительно-диагностического комплекса является микро-ЭВМ ЭЛЕКТРОНИКА ДЗ-28,которая организует измерения электрических величин, вырабатывает сигналы синхронизации для коммутаторов и периферийногооборудования, а также производит вычисления по принятым алгоритмам и обеспечивает выдачу результатов по устройствам ввода.

Устройства для вывода информации в данном комплексе состоят из электрической печатающей машины Консул 260.1,двухкоординатного самописца Н 306 и алфавитно-цифрового дисплея 15ИЭ-00-013.

7. Вычислительный процесс включает в себя следующие этапы:

восприятие, преобразование и обработку электрических сигналов от первичных измерительных преобразователей;

управление средствами измерения и коммутационными устройствами;

представление результатов измерений оператору в заданном виде.

8. К программному обеспечению (ПО) относятся системное и общее прикладное ПО. Системное ПО обеспечивает работу вдиалоговом режиме, управление измерительными приборами и проверку работоспособности комплекса. Общее прикладное ПОреализует типовые алгоритмы обработки измерительной информации (такие, как фильтрация, сглаживание, коррекция погрешностей,введение поправок, масштабирование, аппроксимация функциями, статистические процедуры).

9. Для обслуживания цифровых измерительных приборов и коммутаторов используются следующие подпрограммы-драйверы:инициализация системы, дистанционное управление пределами измерения, запуск АЦП, ожидание конца цикла кодирования, вводданных с нормализацией, синхронизация и начало цикла для коммутатора.

10. Программное обеспечение графопостроителя служит для вывода информации из микро-ЭВМ и представляет собой наборподпрограмм: инициализации графопостроителя к работе, выключения графопостроителя, установки пера в точку с заданнымикоординатами линейного интерполятора, отметки точки заданным маркером, вычерчивания осей координат, границ поля записи,символов и цифр. Знакогенератор обеспечивает нанесение цифр, служебных знаков, букв латинского и русского алфавита.

11. Прикладное программное обеспечение в первую очередь производит перерасчет показаний электроизмерительных приборовиз величин напряжений: при измерении температуры - в градусы Цельсия, при измерении перемещений - в миллиметры имикрометры.

Так, в случае измерения температур при помощи термопар тарировочные данные формируются следующим образом. Считая, чтос достаточной степенью точности термоэдс прямо пропорциональна температуре рабочего спая хромель-копелевой термопары в

выбранном диапазоне измерений, можно аппроксимировать полученную зависимость уравнением , где k - коэффициент

пропорциональности; - термоэдс при 0 °C. Тогда, определив для каждой термопары эти коэффициенты по методу наименьшихквадратов, получаем массив градуировочных данных.

При измерении перемещений с помощью устройства контроля линейных перемещений коэффициент тарировки определяютпутем измерения периодов штрихов изображения растра в плоскости анализирующих диафрагм при помощи микроскопа. Тогда, зная,что изменению разности фаз в 180° соответствует напряжение 2 В на аналоговом выходе фазометра, делают вывод о соотношенииперемещения и величины напряжения. Так как напряжение во всем диапазоне измерения линейно зависит от измеряемой разностифаз сигналов, то коэффициент тарировки определяется как частное от деления значения напряжения на выходе фазометра навеличину измеренной разности фаз сигнала.


12. Программа измерения температуры узлов станка представляет собой процесс многоканального опроса первичныхпреобразователей с накоплением (рис. 26). Она загружается с магнитной ленты, начиная с нулевого шага. Устанавливается частотаопроса каналов и формат печати путем изменения определенных шагов программы. При подготовке ее к запуску вводятся значенияидентификатора замера, число каналов опроса, величина наполнений (число циклов опроса). Затем производится запуск системыклавишей S. По программе вычисляются средние арифметические значения данных измерений по каждому каналу измерения,производится перерасчет по формуле (см. п. 11), и на печать выдаются результаты замеров в градусах Цельсия с указанием номераканала измерения.

--------------------¬

¦Ввод идентификатора¦

L-----T--------------

------+--------------------------¬

¦Ввод числа каналов измерений (N)¦

¦ числа накоплений (K) ¦

L-----T---------------------------

------+-----------------------------------¬

¦Измерение по N каналам A(N) = A(N) + K(N)¦

L-----T------------------------------------

------+-----------------------------------¬

¦Вычисление средних значений A(N) = A(N)/K¦

L-----T------------------------------------

------+---------------------------¬

¦Перевод в °C T(N) = A(N) K + U(N)¦

L-----T----------------------------

------+-----¬

¦Печать T(N)¦

L------------

Рис. 26

13. В случае измерения траекторий перемещений контрольных точек рабочего органа ТО программа измерения строится болеесложным образом, так как необходимо результаты измерения вывести на графопостроитель.

14. Первоначально производится замер базовой траектории перемещения, необходимой для определения систематическойпогрешности измерений. Все последующие реализации формируются относительно базовой, исключая систематическую погрешность(непараллельность оптической оси оптикоэлектронной системы регистрации траекторий и направления перемещения рабочего органаТО).

15. В качестве исходных данных для измерений в программу вводятся количество точек опроса, частота опроса (в зависимостиот величины подачи рабочего органа ТО) и вспомогательная информация для работы графопостроителя (последовательностьпрорисовки траекторий, граничные значения массивов прорисовки). На графопостроитель выводятся реализации замеров базовой итекущей траекторий по любому из шести каналов измерений, а также значения разности текущей и базовой реализаций с учетомсистематической погрешности измерений. Также производится разметка и оцифровка осей и нанесение вспомогательного текста нарисунках.

16. Процесс испытаний начинается с функциональной диагностики испытательно-диагностического комплекса. Специальнаяпрограмма проверяет как работоспособность первичных преобразователей, так и качество их установки и допустимые характеристикиусловий окружающей среды и объекта испытаний.

17. Поскольку основной целью испытания является оценка влияния воздействующих факторов и процессов на траекториидвижения рабочих органов ТО, то съем всей информации производится за время выполнения ТО одного перехода обработки.Использование в системе коммутатора с циклическим опросом каналов определяет одинаковый размер массивов для каждогоизмеряемого параметра.

18. При включении подачи рабочего органа ТО в ОЗУ микро-ЭВМ записывается информация о траекториях контрольных точек,


температурах измеряемых точек, силах резания.

19. Полученные результаты служат для разработки сертификата качества испытываемого ТО, а также являются исходнойинформацией для оптимизации конструкции опытного образца ТО.


ИСПЫТАТЕЛЬНО-ДИАГНОСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НА БАЗЕ ДВУХ МИКРО-ЭВМ ИСКРА 1256 ДЛЯПРОГРАММНОГО ИСПЫТАНИЯ СУППОРТНОЙ ГРУППЫ ТОКАРНЫХ СТАНКОВ

1. Структура комплекса и его основные системы показаны на рис. 27. Объектом испытания является токарный станок высокойточности мод. 16К20ВФ1.

Рис. 27

2. Измерение параметров траекторий движения суппортной группы производится фотоэлектрическим автоколлиматором (АКМ)(1), установленным на жестком столе с правой стороны станка. Для проведения измерения зеркало (2) АКМ устанавливают на кареткестанка (3). Показания АКМ через блок автоматики (4) поступают к цифровым пересчетным устройствам (5 и 6), которыеобеспечивают визуальный контроль по координатам X и Y.

Электрические сигналы, пропорциональные углам между оптической осью АКМ и перпендикулярами к плоскости зеркала,поступают с блока автоматики на встроенный в микро-ЭВМ (7) (мод. ИСКРА 1256 шестого исполнения) аналого-цифровойпреобразователь. После обработки в микро-ЭВМ результатов измерений осуществляется их регистрация на двухкоординатномпланшетном потенциометре ПДП-4 и печать на устройстве ROBOTRON (9). Для дальнейшей обработки результатов измеренийосуществляется их запись на магнитной ленте в блоке накопления информации (10) и на графопостроителе (8).

3. Одновременно с показаниями АКМ в микро-ЭВМ от универсального динамометра УДМ-100 (11) через тензометрическийусилитель УТ 4-1 (12) поступают электрические сигналы, пропорциональные уровню нагружающей силы, создаваемойэлектромагнитным нагрузочным устройством (13), приведенном на рис. 13.

Управление параметрами (пространственная ориентация и модуль) вектора нагружающей силы осуществляется от второй микро-ЭВМ ИСКРА 1256 (14). При этом управляющие сигналы от встроенного в данную микро-ЭВМ цифро-аналогового преобразователяпоступают к релейному устройству (15), обеспечивающему стыковку микро-ЭВМ с двумя блоками питания Б5-46 (16 и 17).Использование указанных устройств позволяет осуществить одновременное управление двумя парами полюсов нагрузочногоустройства (микро-ЭВМ ИСКРА 1256 имеет только один канал управления внешними устройствами).


4. Микро-ЭВМ (7) измерительного комплекса обеспечивает расчет параметров траектории в вертикальной и горизонтальнойплоскостях. Для этого в период подготовки испытания после введения основной программы функционирования в диалоговом режиме

задаются исходные данные: частота вращения шпинделя , подача суппорта S и расстояние, которое проходит суппорт впромежутки времени между циклами измерений. После расчетов, необходимых для определения временных интервалов междуциклами измерений, на экране дисплея появляются данные необходимой коррекции основной программы.

После начала движения суппорта проводится сбор информации, при этом осуществляется байтовый обмен процессора сподключенными каналами АЦП, один из которых опрашивается на предмет срабатывания контактного датчика, сигнализирующего оначале движения суппорта. После остановки суппорта и получения сигнала о конце отработки программы опросов осуществляетсяпереход к подпрограммам, по которым для каждого цикла измерений проводится расчет параметров траекторий движения суппорта вгоризонтальной и вертикальной плоскостях измерений. При этом пересчет угловых показаний АКМ к отклонениям отпрямолинейности траекторий осуществляется как по стандартизированной методике, так и по формуле Симпсона.

5. Микро-ЭВМ нагрузочного комплекса обеспечивает:

программный (по гистограммам распределений) или диалоговый ввод требуемых уравнений сил нагружения и длительности ихвыдержки по двум каналам (всего до 150 значений);

пересчет заданных уравнений в двоичный код, запоминаемый в регистрах памяти ЦАП, а также в десятичный код, необходимыйдля организации байтового обмена между процессором ЭВМ и ЦАП;

байтовый обмен;

отработку заданной длительности выдержки уровней напряжения на выходе источника питания, т.е. времени сохранениянеизменным нагружающего усилия, создаваемого нагрузочным устройством.

ЛИТЕРАТУРА

1. Проников А.С. Программный метод испытания металлорежущих станков. - М.: Машиностроение, 1985. - 288 с.

2. Проников А.С. Надежность машин. - М.: Машиностроение, 1978. - 592 с.

3. Базров Б.М. Расчет точности машин на ЭВМ. - М.: Машиностроение, 1964. - 256 с.

4. МР 33-81. Надежность в технике. Технологические системы. Расчет и оценка показателей параметрической надежноститехнологического оборудования с ЧПУ. - М.: ВНИИНМАШ, 1981. - 109 с.

5. Стародубов В.С., Черняков Е.Л. Геометрический образ обрабатываемой детали как обобщенный выходной параметр точностиметаллорежущих станков с ЧПУ//Известия вузов. - 1983. - N 10. - С. 140 - 144.

6. Селезнева В.В., Севрюгин Д.А. Бесконтактный индуктивный преобразователь перемещений для измерения колебанийстанков//Повышение устойчивости и динамического качества металлорежущих станков. - Куйбышев, 1983. - С. 37 - 40.

7. Головатенко В.Г., Скрынин Ю.В., Минченя Н.Т. Способ повышения точности вращения вала-ротораэлектрошпинделя//Станки и инструмент. - 1983. - N 6. - С. 15 - 16.


Documents

b fh^ e c - derev-grad.ru...LZdbfb iZjZf_ljZfb fh]ml [ulv oZjZdl_jbklbdb LH , k\yaZggu_ k lhqghklvx i_j_f_s_gby jZ[hqbo hj]Zgh\ , dZq_kl\hf h[jZ[Zlu\Z_fuo ba^_ebc , mjh\g_f ^bgZfbq_kdbo